DE102020202025A1 - Connection element for the electrical connection of printed circuit boards, connection system and use of a connection element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement (10) zur elektrischen Verbindung von Leiterplatten und weiterhin ein Verbindungssystem (50). Das Verbindungselement (10) weist einen komprimierbaren Körper (12), einen Verbindungsbereich (14), der zur Herstellung einer stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung des komprimierbaren Körpers (12) mit der ersten Leiterplatte (31) eingerichtet ist, und einen elektrisch leitfähigen Bereich (16) auf. Der elektrisch leitfähige Bereich (16) bedeckt den komprimierbaren Körper (12) zumindest teilweise und/oder ist zumindest teilweise durch den komprimierbaren Körper (12) geführt, und der dazu eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement (21) auf der ersten Leiterplatte (31) und dem zweiten Kontaktelement (21) herzustellen.The invention relates to a connection element (10) for the electrical connection of printed circuit boards and also to a connection system (50). The connecting element (10) has a compressible body (12), a connecting region (14) which is designed to produce a material and / or form-fitting connection between the compressible body (12) and the first printed circuit board (31), and an electrically conductive one Area (16). The electrically conductive area (16) covers the compressible body (12) at least partially and / or is at least partially guided through the compressible body (12), and which is set up to establish an electrical connection between the first contact element (21) on the first Produce printed circuit board (31) and the second contact element (21).
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Verbindung von Leiterplatten, insbesondere ein Verbindungselement, ein Verbindungssystem und eine Verwendung.The invention relates to a device for the electrical connection of printed circuit boards, in particular a connection element, a connection system and a use.
Hintergrundbackground
Bei der elektrischen Verbindung von Leiterplatten werden in vielen Fällen Lösungen mit hoher mechanischer Komplexität und/oder engen Toleranzen in der Gestaltung der Stecker und/oder bei deren Positionierung auf einer Leiterplatte verwendet. Dies kann zu hohen Kosten bei der Konstruktion und/oder Fertigung der Leiterplatte und/oder des Verbindungssystems führen. Dies kann insbesondere bei der Übertragung von elektrischen Hochfrequenz-Signalen zu vergleichsweise höheren Aufwänden führen.In the electrical connection of circuit boards, solutions with high mechanical complexity and / or tight tolerances in the design of the plug and / or in their positioning on a circuit board are used in many cases. This can lead to high costs in the design and / or manufacture of the circuit board and / or the connection system. This can lead to comparatively higher costs, particularly when transmitting electrical high-frequency signals.
Zusammenfassungsummary
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.It is the object of the invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art. This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further developments of the invention emerge from the subclaims and the following description.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur elektrischen Verbindung eines ersten Kontaktelements, das auf und/oder zumindest teilweise in einer ersten Leiterplatte angeordnet ist, mit einem zweiten Kontaktelement. Das Verbindungselement weist einen komprimierbaren Körper auf, einen Verbindungsbereich, der zur Herstellung einer stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung des komprimierbaren Körpers mit der ersten Leiterplatte eingerichtet ist, und einen elektrisch leitfähigen Bereich, der den komprimierbaren Körper zumindest teilweise bedeckt und/oder zumindest teilweise durch den komprimierbaren Körper geführt ist. Dabei ist der elektrisch leitfähige Bereich dazu eingerichtet, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement auf der ersten Leiterplatte und dem zweiten Kontaktelement herzustellen.One aspect of the invention relates to a connecting element for electrically connecting a first contact element, which is arranged on and / or at least partially in a first printed circuit board, to a second contact element. The connecting element has a compressible body, a connecting area which is designed to produce a material and / or form-fitting connection of the compressible body to the first printed circuit board, and an electrically conductive area which at least partially covers and / or at least partially the compressible body is passed through the compressible body. The electrically conductive area is set up to establish an electrical connection between the first contact element on the first printed circuit board and the second contact element.
Das Verbindungselement kann, z.B. mittels SMD-Technik (SMD: Surface-Mounted Device), auf der ersten Leiterplatte angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Verbindungselement, z.B. mittels konventioneller Löttechnik, zumindest teilweise in einer ersten Leiterplatte angeordnet sein. Neben Löten können auch andere Techniken zur Herstellung einer stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung verwendet werden. Das erste Kontaktelement ist auf der ersten Leiterplatte angeordnet, das zweite Kontaktelement kann auf einer zweiten Leiterplatte angeordnet sein, kann aber auch - z.B. bei biegbaren Leiterplatten - auf der ersten Leiterplatte angeordnet sein.The connecting element can be arranged on the first printed circuit board, e.g. by means of SMD technology (SMD: Surface-Mounted Device). Alternatively or additionally, the connecting element can be arranged at least partially in a first printed circuit board, for example by means of conventional soldering technology. In addition to soldering, other techniques can also be used to produce an integral and / or form-fitting connection. The first contact element is arranged on the first circuit board, the second contact element can be arranged on a second circuit board, but can also be arranged on the first circuit board, e.g. in the case of flexible circuit boards.
Das Verbindungselement weist einen komprimierbaren Körper auf. Der komprimierbare Körper ist mindestens in z-Richtung komprimierbar. Beispielsweise kann der komprimierbare Körper bei der Einwirkung einer Druckkraft von 500 gf um mindestens 25 % komprimiert werden. Der komprimierbare Körper kann elastisch sein. Der komprimierbare Körper kann aus elektrisch isolierenden Materialien, wie z.B. Silikone und/oder Luft, bestehen und/oder zumindest teilweise ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen. Die Leitfähigkeit des komprimierbaren Körpers kann von der Verwendung des Verbindungselements abhängig sein; so kann z.B. für die Übertragung von (z.B. mindestens zwei) elektrisch getrennten Signalen über das Verbindungselement ein elektrisch isolierendes Material gewählt werden, oder es werden zwei räumlich getrennte Verbindungselemente verwendet. Für die Übertragung von größeren Strömen kann dar komprimierbare Körper z.B. elektrisch leitfähiges Material aufweisen oder daraus bestehen.The connecting element has a compressible body. The compressible body is compressible at least in the z direction. For example, the compressible body can be compressed by at least 25% when a compressive force of 500 gf is applied. The compressible body can be elastic. The compressible body can consist of electrically insulating materials, such as silicone and / or air, and / or at least partially comprise an electrically conductive material. The conductivity of the compressible body can depend on the use of the connecting element; For example, an electrically insulating material can be selected for the transmission of (e.g. at least two) electrically separated signals via the connecting element, or two spatially separated connecting elements are used. For the transmission of larger currents, the compressible body can e.g. have or consist of electrically conductive material.
Weiterhin weist das Verbindungselement einen Verbindungsbereich auf, der zur Herstellung einer stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung des komprimierbaren Körpers mit der ersten Leiterplatte eingerichtet ist. Der Verbindungsbereich kann beispielsweise auf einer Unterseite des Verbindungselements angeordnet sein. Der Verbindungsbereich kann, abhängig von der gewählten stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung, bestimmte Vorbereitungen aufweisen. Beispielsweise kann der Verbindungsbereich für eine Lötverbindung Lötmittel und/oder Flussmittel aufweisen. Für eine Klebeverbindung kann der Verbindungsbereich Klebemittel aufweisen. Für andere stoff- und/oder formschlüssigen Verbindungen können analoge Maßnahmen getroffen werden. Der Verbindungsbereich kann elektrisch leitfähig sein, er kann aber auch elektrisch isolierend ausgelegt sein.Furthermore, the connection element has a connection area which is designed to produce a material and / or form-fitting connection between the compressible body and the first printed circuit board. The connection area can be arranged, for example, on an underside of the connection element. The connection area can, depending on the selected material and / or form-fitting connection, have certain preparations. For example, the connection area for a soldered connection can have solder and / or flux. For an adhesive connection, the connection area can have adhesive. Similar measures can be taken for other material and / or form-fitting connections. The connection area can be electrically conductive, but it can also be designed to be electrically insulating.
Das Verbindungselement weist ferner einen elektrisch leitfähigen Bereich auf, der den komprimierbaren Körper zumindest teilweise bedeckt und/oder zumindest teilweise durch den komprimierbaren Körper geführt ist. Der elektrisch leitfähige Bereich kann z.B. als Beschichtung, als Folie, als Draht (der z.B. innerhalb des komprimierbaren Körpers geführt ist), und/oder als weiteres Element ausgeführt sein. Der elektrisch leitfähige Bereich kann Teil des Verbindungsbereichs sein. Der elektrisch leitfähige Bereich ist dazu eingerichtet, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement auf der ersten Leiterplatte und dem zweiten Kontaktelement herzustellen. Das Verbindungselement kann in einer Weise ausgeführt sein, dass zusätzlich über den komprimierbaren Körper eine (z.B. parallele) elektrische Verbindung hergestellt wird. Das Verbindungselement kann, z.B. in mechanisch paralleler Weise, Mittel zur Komprimierung des komprimierbaren Körpers aufweisen, z.B. eine Klemm- und/oder eine geschraubte Verbindung. Damit kann eine besonders gute und zuverlässige Kontaktierung erreicht werden.The connecting element also has an electrically conductive area which at least partially covers the compressible body and / or is at least partially guided through the compressible body. The electrically conductive area can be designed, for example, as a coating, as a film, as a wire (which is guided, for example, within the compressible body), and / or as a further element. The electrically conductive area can be part of the connection area. The electrically conductive area is set up to produce an electrical connection between the first contact element on the first printed circuit board and the second contact element. The connecting element can be designed in a way that in addition to the compressible body an (eg parallel) electrical connection is made. The connecting element can, for example in a mechanically parallel manner, have means for compressing the compressible body, for example a clamp connection and / or a screwed connection. A particularly good and reliable contact can thus be achieved.
Durch das Verbindungselement kann auf diese Weise eine elektrische Verbindung hergestellt werden, die - je nach Auslegung - auch höhere Ströme aufnehmen kann und/oder für Hochfrequenzsignale, beispielsweise über 1 GHz, z.B. über 5 GHz, eingerichtet ist. Das Verbindungselement kann zur Herstellung eines Systems beitragen, das Signale auf einfache und kostengünstige Weise, beispielsweise zwischen zwei Leiterplatten, zu übertragen.In this way, the connecting element can be used to establish an electrical connection which - depending on the design - can also absorb higher currents and / or is set up for high-frequency signals, for example above 1 GHz, e.g. above 5 GHz. The connecting element can contribute to the production of a system that transmits signals in a simple and inexpensive manner, for example between two printed circuit boards.
In einigen Ausführungsformen ist der Verbindungsbereich ein Teil des ersten Kontaktelements, und der elektrisch leitfähige Bereich ist dazu eingerichtet, eine elektrische Verbindung zwischen dem Verbindungsbereich und dem zweiten Kontaktelement herzustellen. Eine derartige Verbindung kann z.B. als Lötanschluss realisiert sein. Der elektrisch leitfähige Bereich kann dabei Teil des Verbindungsbereichs sein.In some embodiments, the connection area is part of the first contact element, and the electrically conductive area is configured to produce an electrical connection between the connection area and the second contact element. Such a connection can be implemented as a solder connection, for example. The electrically conductive area can be part of the connection area.
In einigen Ausführungsformen ist die elektrisch leitfähige Schicht als eine Beschichtung des komprimierbaren Körpers ausgeführt. Die Beschichtung kann dabei das gesamte Verbindungselement bedecken oder als „Streifen“ ausgeführt sein. Die Breite der „Streifen“ kann von der Verwendung des Verbindungselements abhängig sein. Beispielsweise kann eine Verwendung für hochfrequente Signale breitere „Streifen“ erfordern, die einen größeren Abstand voneinander aufweisen. Diese Ausführungsformen sind vorteilhafterweise einfach realisierbar, beispielsweise durch Auftragen, Kleben, Sprayen, etc. der Beschichtung.In some embodiments, the electrically conductive layer is implemented as a coating on the compressible body. The coating can cover the entire connecting element or be designed as a “strip”. The width of the "stripes" can depend on the use of the connecting element. For example, use for high-frequency signals may require wider “strips” that are spaced further apart. These embodiments are advantageously easy to implement, for example by applying, gluing, spraying, etc. the coating.
In einigen Ausführungsformen ist die elektrisch leitfähige Schicht als eine Leiterbahn auf dem komprimierbaren Körper ausgeführt. Dies kann beispielsweise durch Ätzen des komprimierbaren Körpers geschehen. Dadurch kann ein vordefiniertes Muster mit spezifischen Maßen erzeugt werden.In some embodiments, the electrically conductive layer is implemented as a conductor track on the compressible body. This can be done, for example, by etching the compressible body. This allows a predefined pattern with specific dimensions to be created.
In einigen Ausführungsformen ist die elektrisch leitfähige Schicht als eine Leitung in dem komprimierbaren Körper ausgeführt. Dabei kann die elektrisch leitfähige Schicht zumindest teilweise innerhalb des komprimierbaren Körpers geführt werden.In some embodiments, the electrically conductive layer is implemented as a line in the compressible body. The electrically conductive layer can be guided at least partially inside the compressible body.
Die verschiedenen Ausführungsformen der elektrisch leitfähigen Schicht sind miteinander kombinierbar.The various embodiments of the electrically conductive layer can be combined with one another.
In einer Ausführungsform nimmt der Verbindungsbereich nur einen Teil, beispielsweise einen kleinen Teil, einer Seite des Verbindungselements ein. Dabei ist insbesondere die Seite des Verbindungselements als umgekehrtes V gestaltet. Ein kleiner Teil der Seite des Verbindungselements kann z.B. < 20 %, < 10 %, < 5 % der Seite umfassen. Diese Ausführungsform weist Vorteile bei einer SMD-Bestückung auf, weil sie zu einer gleichmäßigeren Lötverteilung und/oder zu zuverlässigeren Verbindung führen können als dies beispielsweise bei einer größeren Fläche der Fall ist.In one embodiment, the connecting area takes up only a part, for example a small part, of one side of the connecting element. In particular, the side of the connecting element is designed as an inverted V. A small part of the side of the connecting element can e.g. comprise <20%, <10%, <5% of the side. This embodiment has advantages in the case of SMD assembly, because it can lead to a more uniform soldering distribution and / or to a more reliable connection than is the case, for example, with a larger area.
In einer Ausführungsform ist das zweite Kontaktelement auf der ersten Leiterplatte oder auf einer zweiten Leiterplatte angeordnet. Dies ist insbesondere vorteilhaft für gebogene Leiterplatten, bei denen eine zum Beispiel eine zusätzliche Verbindung erstellt werden soll.In one embodiment, the second contact element is arranged on the first printed circuit board or on a second printed circuit board. This is particularly advantageous for curved printed circuit boards in which an additional connection, for example, is to be created.
In einigen Ausführungsformen besteht der komprimierbare Körper aus einer Gruppe von Materialien besteht oder weist diese Materialien auf, wobei die Gruppe von Materialien folgende Komponenten umfasst: Elastomere, beispielsweise Silikone, Kautschuk, chemisch verändertes Gummi, Silikon-Gummi und/oder isolierende Schäume.In some embodiments, the compressible body consists of or comprises a group of materials, the group of materials including the following components: elastomers, for example silicones, rubber, chemically modified rubber, silicone rubber and / or insulating foams.
In einigen Ausführungsformen ist das Verbindungselement dazu eingerichtet, Signale in einem Frequenzbereich von mehr als 100 MHz, insbesondere von mehr als 1 GHz, zu übertragen. Ein Verbindungselement kann beispielsweise in dem genannten Frequenzbereich eingesetzt werden und dabei ähnliche elektrische Werte wie beispielsweise ein Stecker aufweisen. Zum Beispiel kann die Einfügungsdämpfung bzw. Einfügungsverlust (insertion loss) bis zu einer Frequenz von 6 GHz weniger als 0,5 dB betragen.In some embodiments, the connecting element is set up to transmit signals in a frequency range of more than 100 MHz, in particular of more than 1 GHz. A connecting element can, for example, be used in the mentioned frequency range and have electrical values similar to those of a plug, for example. For example, the insertion loss can be less than 0.5 dB up to a frequency of 6 GHz.
In einer Ausführungsform weist das Verbindungselement einen zusätzlichen Mantel auf, wobei der Mantel in z-Richtung kleiner ist als das Verbindungselement, das Verbindungselement in einer Richtung, die radial ist zu der z-Richtung, vollständig umgibt, und der Mantel steifer ist als das Verbindungselement. Diese Ausführungsform kann dazu beitragen, dass das Verbindungselement nur in definierter Weise radial ist zu der z-Richtung gedehnt wird. Damit kann z.B. das elektrische Verhalten, insbesondere bei hohen Frequenzen, genauer definiert und/oder verbessert werden.In one embodiment, the connecting element has an additional jacket, the jacket being smaller in the z-direction than the connecting element, the connecting element completely surrounding the connecting element in a direction that is radial to the z-direction, and the jacket being stiffer than the connecting element . This embodiment can contribute to the fact that the connecting element is only stretched radially in a defined manner in relation to the z-direction. In this way, for example, the electrical behavior, especially at high frequencies, can be defined more precisely and / or improved.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verbindungssystem zur elektrischen Verbindung eines ersten Kontaktelements, das auf einer ersten Leiterplatte angeordnet ist, mit einem zweiten Kontaktelement, das auf einer zweiten Leiterplatte angeordnet ist. Das Verbindungssystem weist dabei eine erste Leiterplatte auf, die mindestens drei erste Kontaktelemente aufweisen, eine zweite Leiterplatte, die mindestens drei zweite Kontaktelemente aufweisen, und mindestens drei Verbindungselemente wie oben und/oder nachfolgend beschrieben, welche die ersten Kontaktelemente mit dem jeweils korrespondierenden der zweiten Kontaktelemente verbinden. Ein derartiges Verbindungssystem kann eine einfach herzustellende, qualitativ hochwertige und preisgünstige Möglichkeit zur Herstellung insbesondere von Hochfrequenz-Verbindungen darstellen.Another aspect relates to a connection system for electrically connecting a first contact element, which is arranged on a first printed circuit board, to a second contact element, which is arranged on a second printed circuit board. The connection system has a first printed circuit board, the at least three first contact elements have a second printed circuit board, which have at least three second contact elements, and at least three connecting elements as described above and / or below, which connect the first contact elements to the respectively corresponding one of the second contact elements. Such a connection system can represent a high-quality and inexpensive possibility to produce, in particular, high-frequency connections, which is easy to produce.
In einer Ausführungsform weist das Verbindungssystem eine Breite D zwischen 0,5 mm und 5 mm, insbesondere von 1,25 mm, und einen Abstand d zwischen je zwei Verbindungselementen zwischen 0,5 mm und 5 mm, insbesondere von 1 mm, auf. Diese Größenverhältnisse bzw. Abmessungen haben sich als besonders vorteilhaft für die Übertragung von HF-Signalen bis zu 6 GHz herausgestellt.In one embodiment, the connection system has a width D between 0.5 mm and 5 mm, in particular 1.25 mm, and a distance d between each two connection elements between 0.5 mm and 5 mm, in particular 1 mm. These proportions or dimensions have proven to be particularly advantageous for the transmission of RF signals up to 6 GHz.
In einer Ausführungsform weist das Verbindungssystem eine Höhe H zwischen 0,5 mm und 10 mm und eine Länge L zwischen 1 mm und 20 mm auf. Die Dimensionierung von Höhe H und Länge L kann beispielsweise von der zu übertragenden Leistung abhängig sein. Die Dimensionierung der Höhe H kann weiterhin von dem zu übertragenden Frequenzbereich abhängig sein.In one embodiment, the connection system has a height H between 0.5 mm and 10 mm and a length L between 1 mm and 20 mm. The dimensioning of height H and length L can, for example, depend on the power to be transmitted. The dimensioning of the height H can also be dependent on the frequency range to be transmitted.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines Verbindungselements wie oben und/oder nachfolgend beschrieben oder eines Verbindungssystems wie oben und/oder nachfolgend beschrieben zur Übertragung von elektrischen Hochfrequenz-Signalen, insbesondere von Signalen über 1 GHz, insbesondere über 5 GHz, sonstigen elektrischen Signalen und/oder elektrischer Leistung.Another aspect of the invention relates to a use of a connection element as described above and / or below or a connection system as described above and / or below for the transmission of electrical high-frequency signals, in particular signals above 1 GHz, in particular above 5 GHz, other electrical signals and / or electrical power.
Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.For further clarification, the invention is described with reference to the embodiments shown in the figures. These embodiments are only to be understood as an example and not as a restriction.
FigurenlisteFigure list
Dabei zeigt:
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1 ein Verbindungssystem gemäß einer Ausführungsform in einer schematischen Darstellung; -
2 ein Verbindungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer schematischen Darstellung; -
3a und3b ein Beispiel für eine Vielzahl von Verbindungselementen gemäß einer Ausführungsform in einer schematischen Darstellung; -
4a und4b ein Beispiel für ein Verbindungselement gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer schematischen Darstellung; -
5a und5b ein Beispiel für eine Messvorrichtung für ein Verbindungssystem gemäß einer Ausführungsform in einer schematischen Darstellung; -
6a und6b Messergebnisse für eine Ausführungsform nach3 ; -
7a und7b ein Verbindungselement gemäß einer Ausführungsform; -
8 ein Verbindungselement gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer schematischen Darstellung.
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1 a connection system according to an embodiment in a schematic representation; -
2 a connection system according to a further embodiment in a schematic representation; -
3a and3b an example of a plurality of connecting elements according to an embodiment in a schematic representation; -
4a and4b an example of a connecting element according to a further embodiment in a schematic representation; -
5a and5b an example of a measuring device for a connection system according to an embodiment in a schematic representation; -
6a and6b Measurement results for an embodiment according to3 ; -
7a and7b a connector according to an embodiment; -
8th a connecting element according to a further embodiment in a schematic representation.
Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments
Claims (14)
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DE102022211204B3 (en) | 2022-10-21 | 2024-03-21 | Continental Autonomous Mobility Germany GmbH | Electrical connection element, electrical circuit arrangement and vehicle |
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2020
- 2020-02-18 DE DE102020202025.6A patent/DE102020202025B4/en active Active
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