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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung und ein elektrisches Verbindungselement, in welchem zumindest eine elektrische Verbindung mittels eines solchen Verfahrens ausgebildet wurde.
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Elektrische Verbindungen beruhen bislang häufig auf herkömmlichen Steckverbindungen im nicht mehr zugänglichen Bereich oder auf Splice-, Löt-, Schweiß- oder Klebeverbindungen im noch nicht verschlossenen Zustand. In der letzteren Variante wird typischerweise in einem separaten nachfolgenden Schritt die Verbindungsstelle durch einen Verschlussprozess geschützt, z.B. durch Vergießen.
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Nachteilig an aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungen sind eine niedrige Belastbarkeit sowie ein aufwendiger Prozessablauf durch den Verbindungsprozess sowie den nachträglichen Schutz der Verbindungsstelle.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung bereitzustellen, welches im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Verbindungselement bereitzustellen, in welchem zumindest eine elektrische Verbindung mittels eines solchen Verfahrens ausgebildet wurde.
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Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein elektrisches Verbindungselement nach Anspruch 15 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten Terminal und einem zweiten Terminal, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- – Aufbringen eines Verbindungsmaterials auf zumindest eines der Terminals,
- – Zusammenbringen der Terminals derart, dass sich das Verbindungsmaterial zwischen den Terminals befindet und an beide Terminals angrenzt, und
- – Erwärmen des Verbindungsmaterials.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf einfache Weise eine zuverlässige und auch gegen Einwirkungen wie Erschütterungen oder Korrosion stabile Verbindung hergestellt werden. Dabei kann insbesondere das Verbindungsmaterial zum Aufschmelzen gebracht werden, so dass es sich mit den Terminals verbindet bzw. mit diesen verschmilzt.
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Die Terminals können dabei insbesondere aus elektrisch leitfähigem Material wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium ausgebildet sein.
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Das erste Terminal und/oder das zweite Terminal können dabei insbesondere jeweils ein männlicher Steckkontakt und/oder eine Flachzunge sein. Beispielsweise ist die Verwendung ausschließlich männlicher Kontakte möglich, da der Kontakt über das Verbindungsmaterial hergestellt wird.
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Das Erwärmen des Verbindungmaterials erfolgt vorteilhaft durch Induktionslöten. Es hat sich gezeigt, dass dies zu einer hohen Stabilität führt.
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Durch Induktionslöten können gemäß einer bevorzugten Ausführung die Terminals erwärmt werden, so dass damit das Verbindungsmaterial indirekt erwärmt wird. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen.
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Das Induktionslöten kann insbesondere ein Hartlöten, Weichlöten oder Kleben sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird zum Induktionslöten eine Antenne verwendet, welche einen Bereich, in welchem das Verbindungsmaterial aufgebracht ist, zumindest teilweise umschließt. Dies ermöglicht ein spezifisches und zielgenaues Einbringen von Energie zum Erwärmen.
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Die Antenne kann insbesondere als zweiseitige Flachantenne oder auch als einseitige Flachantenne ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführung erfolgt das Erwärmen des Verbindungmaterials mittels eines Laserstrahls. Dies kann auch mit dem Induktionslöten kombiniert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird das Verbindungsmaterial beim Aufbringen in eine Sicke oder in ein Lotdepot von zumindest einem der Terminals eingebracht. Es kann insbesondere aufgalvanisiert, aufgewalzt und/oder aufgeprägt werden.
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Das Verbindungsmaterial kann vorteilhaft ein Lotmaterial oder Klebematerial sein. Es ist insbesondere vorteilhaft elektrisch leitfähig.
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Gemäß einer Weiterbildung weisen das erste Terminal und/oder das zweite Terminal eine jeweilige Aufgleithilfe, insbesondere in Form einer Abschrägung, auf. Dies ermöglicht ein einfacheres und zuverlässigeres Zusammenbringen der Terminals.
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Das Verfahren kann für eine Mehrzahl von ersten Terminals und zweiten Terminals gleichzeitig ausgeführt werden, wobei jedem ersten Terminal ein jeweiliges zweites Terminal zum Verbinden zugeordnet ist. Dies erlaubt die Anwendung bei Steckern mit mehreren Kontakten ohne Zeitverlust.
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Die ersten Terminals und/oder die zweiten Terminals können während des Verfahrens kurzgeschlossen sein, und zwar insbesondere mittels einer Anzahl von angepressten Kontaktiernadeln. Dies erlaubt einen elektrischen Schutz während der Ausführung des Verfahrens.
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Derartige Kontaktiernadeln können auch zur Kontrolle der Verbindungsstelle verwendet werden. Hierzu kann während der Herstellung der Verbindung durch Wärmeeintrag ein definierter Strom oder eine Spannung an den Terminals angelegt und über eine Elektronik geschleift werden. Während die Verbindung hergestellt wird, ändert sich der Übergangswiderstand dieser in Entstehung befindlichen Verbindungsstelle. Der zeitliche Verlauf der Widerstandsänderung korreliert mit der eingebrachten Energie und gibt Aufschluss, ob diese Verbindung in Ordnung ist.
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Eine Kontrolle kann jedoch beispielsweise auch mittels eines Röntgengeräts erfolgen.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein elektrisches Verbindungselement, in welchem zumindest eine elektrische Verbindung mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet wurde. Damit können die bereits erwähnten Vorteile für ein Verbindungselement nutzbar gemacht werden. Hinsichtlich des Verfahrens kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Allgemein sei erwähnt, dass die Erfindung den Einsatz einer Steckverbindung in Belastungsfällen wie z.B. Vibration oder Temperaturwechsel ermöglicht, in welchen die Verbindungszone zwischen den beiden Anschlüssen durch Reibkorrosion geschädigt werden kann. Die Steckverbindung sitzt typischerweise in einem Gehäuse, welches bereits vor dem Entstehen der Verbindung besteht (Stecker). Um eine Daten- oder Signalübertragung oder auch die Versorgung von Chips zu ermöglichen, werden Anschluss und Gegenstück zu einer Steckverbindung zusammengebracht. Diese Verbindung kann via Induktionslötprozess vor möglichen Überlastungen und Reibkorrosionsschäden geschützt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei Bedarf einer höheren Qualitätsanforderung bzw. Belastbarkeit eingesetzt werden. Ein nachfolgender Schritt zum Abdichten bzw. Schützen der Verbindung ist typischerweise nicht notwendig.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen.
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Dabei zeigen:
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1a, 1b: den Aufbau einer Steckverbindung mittels Flachzungen,
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2a–2d: verschiedene Untervarianten für das Aufbringen des Verbindungsmaterials,
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3a, 3b: den prinzipiellen Aufbau einer Induktionslötanlage mit kreisförmiger Antenne,
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4a, 4b: den prinzipiellen Aufbau einer Induktionslötanlage mit zweiseitiger Flachantenne,
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5a, 5b: den prinzipiellen Aufbau einer Induktionslötanlage mit einseitiger Flachantenne.
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Die 1a und 1b zeigen eine Steckverbindung 1 mit einem ersten Terminal 10 und einem zweiten Terminal 20. Dabei zeigt 1a eine Seitenansicht und 1b zeigt eine Draufsicht. Diese sind vorliegend als flachzungenartige Strukturen bzw. als Flachzungen ausgeführt. Zur einfacheren Montage bzw. zum Fügen sind die Terminals 10, 20 mit jeweiligen abgeschrägten Bereichen als Aufgleithilfen 12, 22 versehen.
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Beispielhaft handelt es sich vorliegend bei dem ersten Terminal 10 um ein Anschlussterminal für einen integrierten Schaltkreis (IC) und bei dem zweiten Terminal 20 um ein Steckerterminal.
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Zwischen den beiden Terminals 10, 20 befindet sich ein Verbindungsmaterial 30. Dieses grenzt an beide Terminals 10, 20 jeweils unmittelbar an. Es ist dazu ausgebildet, sich bei Erwärmung aufzuschmelzen und mit den Terminals 10, 20 zu verbinden. Dabei kann insbesondere eine materialschlüssige Verbindung ausgebildet werden.
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Die Steckverbindung 1 wird von einem Gehäuse 40 umschlossen. Dieses dient dem Schutz der Steckverbindung 1.
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Die 2a und 2b zeigen eine erste Möglichkeit zum Aufbringen des Verbindungsmaterials 30 auf das zweite Terminal 20, wobei 2a eine Seitenansicht zeigt und 2b eine Draufsicht zeigt. Dabei wird das Verbindungsmaterial 30 auf eine plane Oberfläche des zweiten Terminals 20 aufgebracht und steht entsprechend vor. Das Verbindungsmaterial 30 kann beispielsweise dispensiert, aufgewalzt oder galvanisiert werden.
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Die 2c und 2d zeigen eine zweite Möglichkeit zum Aufbringen des Verbindungsmaterials 30 auf das zweite Terminal 20, wobei 2c eine Seitenansicht zeigt und 2d eine Draufsicht zeigt. Dabei wird das Verbindungsmaterial 30 in eine Aussparung bzw. Sicke 24 des zweiten Terminals 20 eingebracht, welche als Lotdepot dient. Damit kann das Verbindungsmaterial 30 teilweise versenkt werden, was die Verarbeitung erleichtern kann.
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Die 3a und 3b zeigen die Verbindungsstelle 1 während eines Induktionslötprozesses gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei 3a eine Seitenansicht zeigt und 3b eine Draufsicht zeigt. Dabei wird eine kreisförmige, also insbesondre umschließende Antenne 50 verwendet, welche die Verbindungsstelle 1 und auch das Gehäuse 40 umschließt. Die kreisförmige Antenne 50 wird dabei von einem Hochfrequenzgenerator 55 gespeist. Die Antenne 50 und der Hochfrequenzgenerator 55 bilden dabei zusammen ein Induktionssystem bzw. eine Induktionslötanlage.
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Die vorliegend plan aufliegenden Flächen werden bevorzugt flächig mit dem Induktionssystem erhitzt. Abhängig von der Art der gewählten Verbindungstechnik wird die Höhe des Energieeintrags gewählt. Es sind beispielsweise Weichlöt-, Hartlöt- und Klebetechniken geeignet. Das jeweils notwendige Lot- oder Klebematerial wird vorzugsweise bereits vorher als Verbindungsmaterial 30 aufgebracht. Zum Schutz des aufgebrachten Verbindungsmaterials 30 während der Montage kann dieses in Sicken oder Lotdepots eingebracht werden, wie dies insbesondere weiter oben mit Bezug auf die 2a bis 2d beschrieben wurde. Es kann auch aufgalvanisiert oder aufgeprägt werden.
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Die Antenne 50 des Induktionslötsystems bzw. der Induktionslötanlage umschließt die Verbindungsstelle 1 beispielsweise flächig oder kreisförmig. Im Zentrum des erzeugten elektromagnetischen Feldes liegt die Verbindungsstelle 1. Durch die Wirbelstromverluste wird diese Zone selektiv erhitzt.
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In herkömmlichen Ausführungen erhitzt das elektromagnetische Feld einer Induktionsschleife ein Lötzinn und bringt es zum Aufschmelzen. Dies hat den Namen der Technik geprägt. In der hier beschriebenen Ausführung werden durch das Feld die Kontaktzungen bzw. Terminals 10, 20 erhitzt, nicht der Verbindungswerkstoff bzw. das Verbindungsmaterial 30. Die entstehende Temperatur der Terminals 10, 20 bringt das zwischen den Terminals 10, 20 befindliche Kontaktmaterial bzw. Verbindungsmaterial 30, beispielsweise Weich-Lötzinn, Hartlötfolie oder Kleber, zum Aufschmelzen bzw. zur chemischen Reaktion.
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Die 4a und 4b zeigen die Verbindungsstelle 1 während eines Induktionslötprozesses gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei 4a eine Seitenansicht zeigt und 4b eine Draufsicht zeigt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist dabei die Antenne 50 als zweiseitige Flachantenne ausgebildet. Das von ihr erzeugte elektrische Feld 60 ist ebenfalls schematisch eingezeichnet.
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Die 5a und 5b zeigen die Verbindungsstelle 1 während eines Induktionslötprozessen gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei 5a eine Seitenansicht zeigt und 5b eine Draufsicht zeigt. Im Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsform ist dabei die Antenne 50 als einseitige Flachantenne ausgebildet. Das von ihr erzeugte elektrische Feld 60 ist ebenfalls schematisch eingezeichnet.
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In einer möglichen Ausführung sind die Terminals 10, 20 steckerseitig während des Verbindungsvorganges durch angepresste Kontaktiernadeln kurzgeschlossen. Nach der Durchführung des Verbindungsprozesses können diese externen Kontaktnadeln bzw. Kontaktiernadeln zur Kontrolle der Verbindungsstelle verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführung ist die Kontrolle durch eine in die Fertigungslinie integrierte Röntgenanlage möglich. Hiermit kann vor dem Induktionslöten die Menge und Lage der Verbindungswerkstoffe und nach dem Herstellen der Verbindung die Verbindungszone selbst kontrolliert werden.
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In einer weiteren möglichen Ausführung kann anstelle der Energieerzeugung durch eine Induktionslötanlage auch ein Laserstrahl die Energie einspeisen. In beiden Fällen erfolgt eine Erwärmung typischerweise auf Reaktionstemperatur.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
