DE102017116381A1

DE102017116381A1 - Elektrisches Bauelement mit Lötverbindung

Info

Publication number: DE102017116381A1
Application number: DE102017116381.6A
Authority: DE
Inventors: Gerald Kloiber; Heinz Strallhofer
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-24
Also published as: EP3655977A1; CN110914929B; CN110914929A; JP2020527849A; JP2022087294A; JP7103570B2; US20200066428A1; WO2019016076A1; US10770204B2

Abstract

Es wird ein elektrisches Bauelement mit einer stabileren Kontaktierung angegeben. Das Bauelement hat eine Lötverbindung zu einem Draht mit Knick.

Description

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein elektrisches Bauelement, welches eine Lötverbindung und einen daran befestigten Draht umfasst.
Ein elektrisches Bauelement weist im speziellen mindestens eine Kontaktfläche auf, an der mittels Lötverbindung ein Draht befestigt ist. Dieser Draht ist bei bekannten Bauelementen am zu verlötenden Ende abgeflacht, um das Bauelement während des Tauchlötens besser halten zu können. Durch diese Abflachung kommt es jedoch zur verminderten Lotansammlung an der Kontaktstelle zwischen Bauelement und Draht. Eine gehäufte Ausbildung von Lunkern beziehungsweise Hohlräumen ist die Folge. Die geringe Lotmenge und die Lunkerbildung wirken sich negativ auf die Festigkeit der Lötverbindung aus.
Folglich ist die gestellte Aufgabe eine Möglichkeit zu finden, mit der die Stabilität einer Lötverbindung zwischen einem elektrischen Bauelement und einem Draht verbessert wird.
Die Aufgabe wird durch ein elektrisches Bauelement gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungen an.
Es wird ein elektrisches Bauelement vorgeschlagen, das mindestens eine Kontaktfläche und eine darauf befindliche Lötverbindung umfasst, mit der ein Draht befestigt ist. Dieser Draht weist an seinem Ende einen Auflageabschnitt, mit dem er auf dem Bauelement aufliegt, und am Ende des Auflageabschnitts mindestens einen Knick auf.
Dieser Auflageabschnitt ist kürzer gewählt als die Kontaktfläche des elektrischen Bauelements. Nach dem Knick und damit nach dem Auflageabschnitt folgt ein Abschnitt, in dem der Draht zur Kontaktfläche einen Winkel α von 10° bis 90° ausbildet. Vorzugsweise wird ein Winkelbereich von 45° bis 90° oder ein eingeschränkter Winkelbereich von 60° bis 90° gewählt. Durch den beabsichtigt kürzeren Auflageabschnitt und den Knick wird beim Anlöten des Drahtes eine verbesserte Lotbenetzung des Drahtes in einem Drahtabschnitt mit Abstand zur Kontaktfläche bewirkt. Das führt zu einer höheren Menge von Lot und so auch zur verbesserten Stabilität der Lötverbindung.
Der Draht kann an seinem befestigten Ende eine Abflachung aufweisen, die sich durch einen rechteckigen bis ovalen Querschnitt des Drahtes auszeichnet. Die Abflachung zeichnet sich dadurch aus, dass der Draht im weiteren Verlauf von seinem Ende weg gesehen in seinen ursprünglichen nicht abgeflachten Querschnitt übergeht. Durch eine solche Abflachung des Drahtes entsteht eine größere Auflagefläche des Drahtes auf dem Bauelement, was im Vergleich zu einer runden Querschnittsform einen verbesserten Halt des Bauelements während des Lötvorgangs ermöglicht. Der Nachteil einer solchen Abflachung besteht jedoch in der geringeren Lotmenge, die sich beim Verlöten zwischen der Kontaktstelle und dem abgeflachten Draht ansammeln kann. Häufig ist in diesen Bereichen auch die Ausbildung von Hohlräumen oder Lunkern im Lot zu beobachten. Die geringe Menge von Lot und die Bildung von Lunkern an der Kontaktstelle können sich negativ auf die Stabilität der Lötverbindung aus wirken. Dies wird mit dem Knick nach der Auflagefläche wieder kompensiert.
Das abgeflachte Ende des Drahtes kann an allen Ecken und Kanten, sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Schnittansicht abgerundet sein um eine gleichmäßige Verteilung des Lots zu gewährleisten. Auch der eine Knick und gegebenenfalls ein im weiteren Verlauf des Drahts angeordneter zweiter Knick oder auch weitere Knicke können eine abgerundete Form aufweisen und nicht scharf abgewinkelt sein. Durch die Abrundungen umfließt das Lot die gesamte Kontaktstelle besser als wenn die Abflachung des Drahtes scharfe Ecken aufweisen würde.
Zur besseren Kontaktierung kann eine Kontaktfläche des elektrischen Bauelements, auf der eine Lötverbindung hergestellt wird, mit Silber oder einem anderem elektrisch leitfähigen Metall beschichtet sein. Solch eine Beschichtung kann mittels Siebdruckverfahren auf das Bauelement aufgebracht werden. Eine Beschichtung einer Kontaktfläche mit einem elektrisch leitfähigen Metall ermöglicht eine bessere elektrische Verbindung zu einem aufgelöteten Element wie insbesondere dem genannten Draht.
Die Abflachung des Drahtes ist im Allgemeinen von beliebiger Länge und kann sich vom befestigten Ende des Drahtes bzw. von der Auflagefläche bis über den oben beschriebenen Knick hinaus erstrecken. Der Knick kann am Ende der Abflachung angeordnet sein.
Der Draht kann vom verlöteten Ende aus gesehen nach dem ersten einen weiteren Knick aufweisen. Dabei kann offen bleiben, ob der weitere Knick noch im Bereich der Abflachung oder an dessen Grenze liegt. Durch diesen weiteren Knick kommt es zu einer Änderung des Winkels zwischen der Kontaktfläche und dem Draht in seinem weiteren Verlauf, wenn von einem ansonsten weitgehend geraden Verlauf des Drahtes ausgegangen wird. Der neue Winkel liegt in einem Bereich von 0° bis 80°. Der Winkelbereich kann sich auch von 0° bis 45° erstrecken oder im bevorzugten Fall von 0° bis 20°. Durch einen weiteren Knick im Draht kann zwischen der Kontaktfläche des elektrischen Bauelements und des verlöteten Drahtes ein Bereich entstehen, in dem der Draht sich in einem variablen Abstand über der Kontaktfläche befindet.
Das Vorhandensein eines solchen Abstandes kann sich als Vorteil für die Stabilität einer Lötverbindung erweisen, wenn es dort zur Benetzung mit Lot kommt. In dem Bereich des Drahtes wo er mit einem variablen Abstand über der Kontaktfläche verläuft kann eine erhöhte Ansammlung von Lot entstehen. Die so resultierend höhere Menge von Lot kann sich positiv auf die Stabilität der Lötverbindung auswirken.
Nach dem weiteren Knick kann der Draht in seinem Verlauf weg von der Lötstelle mit einer Isolierung versehen sein. Beginnend ab einem variablen Abstand nach dem weiteren Knick kann der Draht eine Isolierung aus einem Polymeren Kunststoffmaterial aufweisen, die sich über die restliche Drahtlänge erstrecken kann. Die Isolierung des Drahtes verhindert ungewollte elektrische Kontakte zu weiteren Kontaktpunkten am Bauelement oder zu anderen elektrisch leitfähigen Elementen und verhindert so auch einen Kurzschluss zwischen zwei Drähten. So wird die Funktionalität des Bauelements nicht gestört.
Das Bauelement kann in einem speziellen Beispiel eine NTC Keramik als Grundkörper aufweisen. Dieser kann in der Form eines geschnittenen Chips oder einer gepressten Scheibe ausgeführt sein, welche auf Spinell- oder Perowskit-Keramik basiert. Auf eine Kontaktfläche dieses Grundkörpers ist der Draht aufgelötet.
Neben dem beschriebenen Draht kann ein weiterer Draht auf das Bauelement aufgelötet sein. Dieser weitere Draht kann die gleichen Merkmale wie der bereits beschriebene Draht aufweisen. Möglich ist es aber auch, dass sich jede zuvor erläuterte Eigenschaft oder Beschaffenheit von Draht beziehungsweise Kontaktstelle von der vorherigen Ausführung unterscheiden.
Das Bauelement, umfassend alle vorhandenen Lötstellen und Teile der Drähte, kann mit einer polymeren Umhüllung versehen sein, z.B. aus einem Epoxid. Dabei kann die Form der Umhüllung einem Tropfen gleichen, der den oder die Drähte bis zu einer bestimmten Länge mit einschließt. Durch solch eine Umhüllung können das Bauelement und die Lötstelle oder Lötstellen vor mechanischer Belastung und/oder vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit geschützt werden.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beschrieben.

1 zeigt eine NTC Keramik mit zwei Drähten an gegenüberliegenden Kontaktstellen in der perspektiven Ansicht.
2 zeigt ein Bauelement samt Draht in einer Schnittansicht und einer Draufsicht.

In der 1 ist ein elektrisches Bauelement B einer bevorzugten Ausführungsform in perspektiver Darstellung zu sehen. Zwei einander gegenüberliegende Kontaktflächen E auf einem Grundkörper aus einer NTC Keramik C sind mit Silber beschichtet. An diesen Kontaktflächen E liegt je ein Draht mit seiner Abflachung F bzw. mit seiner abgeflachten Auflagefläche an. Im Bereich der Abflachung F ist ein erster Knick K1 in den Drähten vorhanden. Die Länge der auf den Kontaktflächen aufliegenden abgeflachten Drahtabschnitte, die die Auflagefläche darstellen, d.h. die Länge vom jeweiligen Drahtende D bis zum ersten Knick, ist kleiner gewählt als die Kontaktfläche des Bauelements. Dabei liegt das Drahtende D nahe einer Kante der Kontaktfläche E, so dass der Draht noch einen Abschnitt M bis O aufweist, der über der Kontaktfläche E verläuft. Nach diesem ersten Knick K1 verlaufen die in diesem Abschnitt noch abgeflachten Drähte in einem Winkel von etwa 60° zur Kontaktfläche E von dem Keramik Körper C weg. Am Ende der Abflachung F gehen die Drähte in einen Bereich R mit runder Querschnittsform über. Zusätzlich weisen die Drähte am Ende ihrer Abflachung F einen zweiten Knick K2 auf. Der Winkel des zweiten Knicks ist dem ersten entgegengesetzt, so dass die Drähte im weiteren Verlauf einen kleineren, spitzeren Winkel von etwa 10° zur Kontaktfläche haben. Der Abstand A zwischen diesem Bereich runden Querschnitts R und der Kontaktfläche E kann sich beim Lötvorgang mit Lot füllen und führt zu einer erhöhten Stabilität der Lötverbindung. Im weiteren Verlauf sind die Drähte mit einer Isolierung J aus einem polymeren Material versehen.
In der 2 ist ein elektrisches Bauelement B mit einem Draht im schematischen Schnitt zu sehen, sowie eine Draufsicht auf den Draht. Die dargestellte Kontaktfläche E einer NTC Keramik C ist mit Silber beschichtet. An dieser Kontaktfläche E liegt ein Draht mit seiner Abflachung F an. Der Draht hat an der abgeflachten Seite ein abgerundetes Ende E. Im Bereich der Abflachung F ist ein erster Knick K1 mit dem Winkel α im Draht vorhanden. Die Länge der auf den Kontaktflächen aufliegenden abgeflachten Drahtabschnitte L, d.h. vom Drahtende bis zu ihrem ersten Knick K1, ist kleiner gewählt als die Kontaktfläche E des Bauelements. Nach diesem ersten Knick K1 verläuft der abgeflachte Draht in einem Winkel α von etwa 60° zur Kontaktfläche E von dem Keramik Körper C weg. Nachdem sich der Draht im Verlauf des Abschnitts M von der Keramik entfernt hat, weist er einen weiteren Knick K2 auf. In folgenden Abschnitten N-P verläuft der Draht im Winkel β zur Kontaktfläche E, wobei β < α. Am Ende des Abschnitts N geht der Draht in den Bereich O mit runder Querschnittsform R über. Das Volumen im Bereich des Abstands A zwischen den Abschnitten N und O und der Kontaktfläche E kann sich beim Lötvorgang mit Lot füllen und führt zu einer erhöhten Stabilität der Lötverbindung. Im Verlauf des Abschnitts P ist der Draht mit einer polymeren Isolierung J versehen.
Die Erfindung des elektrischen Bauelements mit Lötverbindung ist nicht auf die erläuterten Ausführungsbeispiele oder die dargestellten Figuren beschränkt. Abweichungen davon sind möglich und liegen im Rahmen des Anspruchs 1.
Bezugszeichenliste

A: Abstand zur Aufnahme von Lot
B: Bauelement
C: NTC Keramik
D: verlötetes Drahtende
E: Kontaktfläche des Bauelements
F: Auflagefläche
K1: Erster Knick mit erstem Winkel
K2: Zweiter Knick mit zweitem Winkel
J: Polymere Isolierung
R: Bereich runden Querschnitts
L: Abschnitt des Auflagebereichs
M: abgeflachter Abschnitt nach erstem Knick
N: abgeflachter Abschnitt nach weiterem Knick
O: Abschnitt mit rundem Querschnitt
P: Abschnitt mit rundem Querschnitt und mit Isolierung

Claims

Elektrisches Bauelement (B) mit mindestens einer Lötverbindung, umfassend - einen Draht, der mit einem Ende auf dem Bauelement aufgelötet ist, wobei der Draht mit einer Auflagefläche (F) auf dem Bauelement aufliegt und wobei der Draht mindestens einen Knick (K1) im Bereich der Auflagefläche (F) des Drahtes auf dem Bauelement aufweist.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Draht einen weiteren Knick (K2) im Bereich der Abflachung (F) aufweist, welcher zur Kontaktfläche (E) hin gerichtet ist.
Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei der Draht im Bereich der Auflagefläche (F) eine Abflachung aufweist.
Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der die Auflagefläche (F) des Drahtes in der Draufsicht ein abgerundetes Ende (D) aufweist.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das für die Lötverbindung mindestens eine Kontaktfläche (E) aufweist, die mit einem elektrisch leitfähigen Metall beschichtet ist.
Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Auflagefläche (F) des Drahtes kürzer ist als die Kontaktfläche (E) ist.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Draht von der Auflagefläche (F) aus gesehen nach dem Knick (K2) mit einem Abstand (A) zur Kontaktfläche (E) verläuft.
Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Lotverbindung ein Lot umfasst, von dem der größere Teil in dem Bereich angeordnet ist, in dem der Draht im Abstand (A) zur Kontaktfläche (E) verläuft.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Knick (K1) im Draht am Ende der Abflachung (F) angeordnet ist und der Draht dort in einen Bereich (R) mit runder Querschnittsform übergeht.
Bauelement (B) gemäß dem vorherigen Anspruch, aufweisend eine Drahtisolierung (J) aus einem polymeren Kunststoffmaterial, welche erst im Bereich (R) mit runder Querschnittsform beginnt.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bauelement eine NTC Keramik umfasst.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit einer polymeren Umhüllung, die das Bauelement, die Lötstelle sowie den Draht bis hinter den letzten Knick umhüllt.
Bauelement (B) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit einer zweiten Kontaktfläche, auf der ein zum ersten Draht formgleicher zweiter Draht aufgelötet ist.