CN104396354A - 经由焊接将部件连接到载体的方法以及连接到载体的部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在部件上的第一接触表面(11)和载体(6)上的第二接触表面(61)之间，经由焊接将部件(1)连接至载体(6)的方法。该方法的特征在于，至少一个隔离件(2)以第一接触表面(11)和第二接触表面(61)彼此间隔开的方式被设计并且设置在第一接触表面(11)和第二接触表面(61)之间，以及以部件(1)和载体(6)经由第一接触表面(11)和第二接触表面(61)彼此连接的方式执行焊接。还要求一种可经由焊接与载体(6)连接的部件(1)。

Description

经由焊接将部件连接到载体的方法以及连接到载体的部件
技术领域
本发明涉及一种在部件的第一接触表面和载体的第二接触表面之间经由焊接将部件连接到载体的方法。此外，本发明涉及具有经由焊接与载体的第二接触表面连接的第一接触表面的部件。
背景技术
近代的测量器件具有大量的电子部件。通常这些电子部件经由焊接连接到载体。大量部件到载体的连接经常依靠几个连接组件来完成，例如以螺栓形(bolt-shaped)部件的形式。
通常，为了制造焊接连接，在载体上施加焊料，将要连接的部件叠加至焊料上并将这样组装的载体装进焊接炉。在炉内，焊料被熔化并因而产生部件和载体之间的连接。当焊料熔化时，部件的自重和/或与部件的叠加有关的压力引起部件下沉，使得在部件和载体之间几乎不留任何空隙。部件之下经常仅保留非常薄的、几微米厚的焊料层。这样的连接容易受到裂缝构造的影响，尤其是由温度波动造成的裂缝。裂缝减弱了连接的机械稳定性并可引起部件从载体脱离。此外，由连接带来的电接触可能丧失。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够在部件和载体之间经由焊接实现可靠的且稳定的连接的制造方法。更进一步，提供一种部件，其经由焊接能可靠地且稳定地连接至载体。
关于方法，本发明通过特征实现，该特征包括至少一个隔离件，其以第一接触表面和第二接触表面彼此间隔开的方式被实施并设置在第一接触表面和第二接触表面之间，以及焊接以部件和载体经由第一接触表面和第二接触表面彼此连接的方式执行。
当隔离件的直径小于接触表面的直径时，两个接触表面经由焊料彼此连接。在隔离件和接触表面具有相同或至少实质上相同的直径的情况下，经由隔离件产生连接。例如，焊料是软焊料。特别是对于以陶瓷材料形式的载体，优选地使用活性焊料。
在第一实施例中，隔离件由其熔点高于焊接中支配温度的材料制造。在该实施例中，在焊接期间，隔离件至少实质上保持其形状。
在实施例中，隔离件形成在部件上。特别地，隔离件可是具有接触表面的部件的至少一部分或部件的一件(one-piece)。
在另外的实施例中，隔离件是螺栓形(bolt-shaped)。
另一个实施例提供设置在螺栓形隔离件上的成型部，其中成型部的高度至少等于隔离件的高度，并且其中成型部的材料以在焊接中成型部至少实质上保持其形状的方式进行选择。在有关的进一步改进中，焊料被施加在成型部上且在焊接期间熔化。从而这个实施例结合了两种具有不同熔点的材料，其中在焊接中至少达到较低的熔点。
在实施例中，隔离件被实施为成型部。例如，隔离件是焊料压片(solder preform)。在焊接期间，焊料压片可熔化或至少其表面可熔化，以便制造两个接触表面之间的连接。同时，在焊接前焊料压片在接触表面之间保持一间隔，并确保在焊接后一定厚度的焊料层存在。
实施例包括由延展性材料制造的成型部和/或隔离件。
在实施例中，部件被连接至陶瓷载体。例如，载体材料为氧化铝陶瓷。
在实施例中，利用活性焊料执行焊接。术语，活性焊料，意指包含活性成分的焊料。例如，活性焊料是银铜合金或银铜镍合金，每个都包含氢化钛作为活性成分。
进一步，本发明涉及由包括在部件的第一接触表面上形成至少一个隔离件的特征获得的部件，该隔离件被实施成在部件的第一接触表面和载体的第二接触表面之间产生间隔。
在实施例中，部件和隔离件由金属或金属合金制造。
在部件的实施例中，隔离件具有在100微米和300微米之间的高度。术语，隔离件的高度，涉及沿着垂直于第一接触表面延伸的轴的尺寸。该高度给出了隔离件从第一接触表面突出多远并定义了在与载体连接的情况下，第一接触表面离载体的第二接触表面的最小间隔。
在部件的实施例中，隔离件的直径小于部件的第一接触表面的直径。
在实施例中，隔离件的直径总计在部件的第一接触表面的直径的10％和40％之间，优选在15％和20％之间。优选地，隔离件设置在第一接触表面的中心。
部件可以是例如电子部件或用于建立电子部件和载体或包括多个部件的电子组件和载体之间连接的连接元件。
本发明可应用于例如压力传感器的制造中，其中，在这种情况下，安装在电路板上的传感器电子设备通过多个螺栓形部件经由焊接连接至陶瓷的、压力敏感的传感器元件。金属或金属化的螺栓形部件和焊料接点同时还提供了传感器元件的电接触。隔离件确保弹性元件保留在螺栓形部件和传感器元件之间，使得导致传感器元件和传感器电子设备之间的弹性偏置连接。
附图说明
现将基于附图，更详细地描述本发明，其附图如下所示：
图1部件和载体之间焊接的示意性细节图；
图2a示意性地、焊接前部件的有益结构；
图2b示意性地、焊接后图2a的部件。
具体实施方式
图1示出本发明的部件1，其经由焊接连接到载体6。部件1包括用于与载体6连接的第一接触表面11。优选地，至少接触表面11是金属。载体6是板或具有至少一个二维截面的主体，该二维截面用作第二接触表面61。载体6由例如合成材料、玻璃或陶瓷制造。优选地，载体6在第二接触表面61的区域中是金属化的。部件1优选由金属或金属合金制造，例如钽。
隔离件2形成在部件1的接触表面11上。隔离件2由至少部分可延展的材料制造。例如，隔离件2由金属或金属合金组成。隔离件2可与部件1固定地连接，例如依靠焊接(welding)，或也可与部件1一起被实施为一件。特别地，常见的部件随后也可配备有隔离件2，以便部件稳定地连接至载体6。在实施例的所示示例中，隔离件2具有螺栓形(bolt-shape)。然而，其它形式同样是合适的。隔离件2的高度定义第一接触表面11离载体6的最小距离。这个最小距离优选地在0.1mm和0.3mm之间。
为了连接部件1和载体6，焊料3，例如以焊料膏形式，被施加在第二接触表面61上，且部件1以部件1的第一接触表面11放置在载体6的第二接触表面61的上方的方式，层叠在载体6上。在陶瓷载体6的情况下，焊接也可依靠活性焊料实现。陶瓷载体6由例如氧化铝制造。合适的活性焊料为，例如具有氢化钛添加剂的银和铜合金，或银、铜和镍合金，尤其是Ag72Cu28+12％氢化钛或Ag56Cu42Ni3+8％氢化钛。隔离件2保持两个接触表面11、61之间的间隔。该间隔至少等于隔离件2的高度。随后，加热这个部件的组件，例如将组装的载体6装载到焊接炉。焊料3熔化并填充第一接触表面11和第二接触表面61之间由于螺栓形(bolt-shaped)隔离件2而出现的中间空间，使得第一接触表面11变成与第二接触表面61连接。隔离件2保证弹性元件保持在部件1下。
图2a示出本发明的部件1，其装备有成型部4，用于进一步提高连接的稳定性。成型部4由延展性材料构成，例如软焊料，并且设有同样的延展性的涂层5，例如以焊料膏形式。这种情况下，成型部4的延展性至少强于涂层5的延展性。涂层5至少施加在成型部4面对接触表面11、61的表面上。涂层5的厚度总计优选为成型部的高度的10％至20％之间。例如，成型部4高在100至300微米之间，优选大约200微米，且涂层厚度在20至50微米之间，优选大约30微米。
成型部4和涂层5的材料优选不同。在此情况下，和成型部4相比，涂层5具有更低的熔点。如比成型部4的熔点和对应于焊接工艺中所达到的焊接温度低至少5-10℃，使得涂层5优选完全熔化。成型部4的熔化温度为高于焊接温度，使得成型部4在焊接工艺期间不熔化。在实施例中，尤其在成型部4由焊料构成的情况下，成型部4的熔化温度可能也低，使得至少成型部4的表面开始熔化。例如，成型部4的材料实质上是PbSn5。成型部4的涂层5例如是SnAgCu。
替代涂层5，第二种材料可以也被实施为成型部。在具有两种不同材料的实施例中，实质是，除成型部4之外，仅存在第二种材料，尤其是焊料，其在较低温度下熔化并保证部件1和成型部4之间以及成型部4与载体6之间的固定连接。在焊接工艺前，成型部4、成型部4的涂层5和/或第二接触表面61可以设有助焊剂(flux)。
没有涂层5的实施例同样是可能的。在这种情况下，成型部4的材料和焊接温度以分别彼此匹配方式选择，使得成型部4熔化或至少部分熔化，从而保证部件1的第一接触表面11和载体6的第二接触表面61之间的连接。
成型部4也可叠加或固定于载体6的第二接触表面61上。随后，具有形成的隔离件2的部件1以隔离件2啮合在成型部4中的方式叠加到载体6上。这样的实施例提供了部件1在载体6上位于中心并进行最佳定位的优点。如果成型部4已经固定连接到载体6，则由于部件1和焊料4在传送到焊接炉期间不能彼此相对滑动，从而获得额外的稳定性。
图2b示出焊接后依照图2a的具有成型部4的部件1和载体6。被涂覆的成型部4、5的尺寸以具有涂层5的成型部4的高度至少稍微大于隔离件2的高度的方式选择。这样，确保了在焊接中焊料还位于隔离件2下。在成型部4的涂层5熔化期间，涂层5的一部分流到隔离件2下方，使得形成优选贯穿覆盖第二接触表面61的焊料层。这样，在部件1和载体6间产生特别稳定的接触。成型部4和涂层5在载体6和部件1之间形成弹性的或延展性的元件，并提供了载体6和部件1之间连接的改进的稳定性。
在实施例中(未示出)，部件1不具有隔离件2。因而，在焊接工艺前，隔离件2或是位于载体6和部件1之间的单独部件，或者隔离件2是载体6的一部分。例如，隔离件2通过胶粘剂粘结于或焊接于第二接触表面61。随后，用于连接部件1和载体6的焊料可以任意形式存在，例如，作为膏或成型部，用于制造可靠并稳定的连接。
在另外的实施例中(未示出)，成型部4用作隔离件2。优选地，成型部4为盘状，其中盘的直径实质上等于部件1的第一接触表面11的直径。为了确保焊接的正确定位，例如，通过导电粘合剂，成型部4优选固定于部件1或载体6。导电粘合剂分别在第一接触表面11、第二接触表面61和成型部4之间提供固定的以及导电的连接。随后在后续焊接工艺中，分别产生到各自其它的接触表面61、11的连接。对这此有利地是，成型部4的暴露的横向表面涂覆有焊料膏，其在焊接中熔化并分别在成型部4和载体6、部件1之间制造连接。在该实施例中，成型部4可采用低熔点材料制造并且在焊接期间熔化，或采用高熔点材料，使得其在焊接工艺中不熔化或仅部分熔化。在这种情况下，始终要确保成型部4的至少一部分在焊接工艺后位于部件1和载体6之间作为弹性的或延展性的元件。
经由隔离件2连接部件1和载体6存在不同的可用选项。在每个情况中隔离件2用作部件1和载体6之间的弹性元件，并实现稳定连接。隔离件2可以是部件1的一部分，载体6的一部分或自足性(self-sufficient)部件。为了进一步改进稳定性，可在隔离件2上放置分别围绕隔离件2的额外的成型部4，尤其是焊料压片(solder preform)。此外，隔离件2可被实施为成型部4，尤其是作为焊料压片。
附图标记列表：
1    部件
11   第一接触表面
2    隔离件
3    焊料
4    成型部
5    涂层
6    载体
61   第二接触表面

Claims (15)

1.一种在部件的第一接触表面(11)和载体(6)的第二接触表面(61)之间，经由焊接将所述部件(1)连接到所述载体(6)的方法，其特征在于：
至少一个隔离件(2)以所述第一接触表面(11)和所述第二接触表面(61)彼此间隔开的方式被实施并且设置在所述第一接触表面(11)和所述第二接触表面(61)之间，以及
以所述部件(1)和所述载体(6)经由所述第一接触表面(11)和所述第二接触表面(61)彼此连接的方式执行所述焊接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述隔离件(2)由熔点高于所述焊接中的支配温度的材料制造。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述隔离件(2)被形成在所述部件(1)上。
4.如前述权利要求所述的方法，其特征在于：
所述隔离件(2)是螺栓形。
5.如前述权利要求所述的方法，其特征在于：
成型部(4)被布置在所述螺栓形隔离件(2)上，其中，所述成型部(4)的高度至少等于所述隔离件(2)的高度，并且其中，以所述成型部(4)在所述焊接中至少实质上保持其形状的方式选择所述成型部(4)的材料。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
焊料(5)被施加在所述成型部(4)上，并在所述焊接期间熔化。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述隔离件(2)被实施为成型部(4)。
8.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：
所述成型部(4)和/或所述隔离件(2)由延展性材料制造。
9.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：
所述部件(1)与陶瓷载体(6)连接。
10.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：
采用活性焊料执行所述焊接。
11.一种具有第一接触表面(11)的部件(1)，用于经由焊接连接至载体(6)的第二接触表面(61)，其特征在于：
在所述部件(1)的第一接触表面(11)上形成至少一个隔离件(2)，所述隔离件(2)被实施成在所述部件(1)的第一接触表面(11)和所述载体(6)的第二接触表面(61)之间产生间隔。
12.如权利要求11所述的部件，其特征在于：
所述部件(1)和所述隔离件(2)由金属或金属合金制造。
13.如权利要求11或12所述的部件，其特征在于：
所述隔离件(2)具有100微米至300微米之间的高度。
14.如权利要求11-13任一所述的部件，其特征在于：
所述隔离件(2)的直径小于所述部件(1)的第一接触表面(11)的直径。
15.如前述权利要求所述的部件，其特征在于：
所述隔离件(2)的直径总计为所述部件(1)的第一接触表面(11)的直径的10％至40％之间，优选在15％至20％之间。
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