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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Lackdrahtes mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers, eine Schaltungsträgeranordnung und ein elektrisches Bauteil.
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Die Kontaktierung von lackisolieren Drähten (Lackdrähten) spielt im Herstellungsprozess in vielen elektronischen und elektrischen Produkten eine wichtige Rolle. Dabei wird im Allgemeinen eine Kontaktierung zwischen Lackdraht und einem Schaltungsträger durchgeführt. Es ist bekannt, die Kontaktierung entweder in zwei Prozessschritten umfassend ein Abisolieren und ein Kontaktieren oder in einem einzelnen Prozessschritt durchzuführen. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2009 027 707 A1 ein zweischrittiges Verfahren zum Verbinden eines Lackdrahtes mit einem Schaltungsträger bekannt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Endbereich eines Lackdrahtes abisoliert und in einem zweiten Verfahrensschritt der abisolierte Lackdraht mittels eines Leitklebers mit dem Schaltungsträger verbunden wird. Die
DE 10 2010 041037 A1 offenbart ein einschrittiges Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung, wobei ein Kontaktierungsleiter, beispielsweise ein Lackdraht, mit einer Schneidklemme elektrisch verbunden wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden eines Lackdrahtes mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers, wobei vor dem Verbinden des Lackdrahtes mit dem Schaltungsträger der Lackdraht derart geschnitten wird, dass eine erhaltene Schnittfläche an einer Stirnseite des Lackdrahtes eine vom Querschnitt abweichende, vorbestimmte Geometrie mit einer leitenden Oberfläche erhält, trägt in vorteilhafter Weise zu einer einfachen elektrischen Kontaktierung eines Lackdrahtes bei. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass eine geringe Anzahl an Fertigungsgeschritten notwendig sind, da das Abisolieren und das Ablängen des Lackdrahtes durch die angepasste Schneidgeometrie in nur einem Arbeitsschritt erfolgt. Bevorzugt weist der Lackdraht im Querschnitt eine kreisförmige Fläche auf. Vorteilhaft ist ferner, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von Lackdrähten mit unterschiedlichen Durchmessern einsetzbar ist. Besonders vorteilhaft an dem Verfahren ist ferner, dass eine einfache Prüfbarkeit der Verbindungsstelle möglich ist, beispielsweise durch eine einfach durchführbare optische Kontrolle, da die Verbindungsstelle auch nach dem Kontaktierungsprozess allseitig leicht einsehbar bleibt.
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Vorteilhaft ist, dass vor dem Verbinden des Lackdrahtes mit der Kontaktfläche des Schaltungsträgers auf die Kontaktfläche des Schaltungsträgers ein Kontaktmaterial aufgebracht wird. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, die Verbindungsstelle noch vor dem eigentlichen Verbinden entsprechend einfach für den Kontaktierungsprozess vorzubereiten. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Kontaktfläche gut zugänglich ist.
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Besonders vorteilhaft ist, dass nach einer Positionierung des geschnittenen Lackdrahtes an die das Kontaktmaterial aufweisende Kontaktfläche des Schaltungsträgers der Lackdraht, insbesondere die leitende Oberfläche der Schnittfläche des Lackdrahtes, mit der Kontaktfläche des Schaltungsträgers durch einen Kontaktierungsprozess verbunden wird. Vorteilhaft ist hierbei, wenn als Kontaktierungsprozess ein Reflow-Lötverfahren verwendet wird, bei dem eine Lotpaste durch Lotpastendruck vor der Kontaktierung und der Positionierung des Lackdrahtes auf die Kontaktfläche aufgebracht wird, da dies zum einen eine hohe Qualität der Verbindungsstelle gewährleistet und gleichzeitig eine effiziente und schnelle Bearbeitung ermöglicht.
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Vorteilhaft ist, dass der Lackdraht derart geschnitten wird, dass die erhaltende Schnittfläche des Lackdrahtes größer ist als eine Querschnittsfläche des Lackdrahtes. Durch die Vergrößerung der elektrisch leitenden Oberfläche wird der Übergangswiderstand der Verbindungsstelle in vorteilhafter Weise verringert.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der Lackdraht derart geschnitten wird, dass an der Stirnseite des Lackdrahtes ein über den Querschnitt des Lackdrahtes hinausragender Fortsatz geformt wird, da hierdurch eine besonders große leitende Oberfläche erzeugt werden kann. Der Übergangswiderstand der Verbindungsstelle ist in vorteilhafter Weise besonders klein.
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Vorteilhaft ist, dass der Lackdraht derart geschnitten wird, dass die erhaltene Schnittfläche des Lackdrahtes als vorbestimmte Geometrie durch zumindest zwei in einem vorbestimmten Winkel γ angeordnete, vorzugsweise ebenen, Teilflächen gebildet wird. Vorzugsweise sind dabei die Schnittrichtungen der Teilflächen parallel und somit gleichgerichtet. Durch dieses Vorgehen ist es möglich, besonders gestaltete und an die Kontaktflächen und/oder das Kontaktmaterial angepasst Schnittflächen zur Verfügung zu stellen, die eine besonders hochwertige Verbindung ermöglichen.
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Besonders vorteilhaft ist, dass der Lackdraht vor einer Verbindungsstelle zu der Kontaktfläche des Schaltungsträgers zu einer Entlastungsgeometrie, insbesondere einer Entlastungsschleife, gebogen wird. Durch diese mechanische Entkopplung wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass keine Zug- oder Scherkräfte auf die Verbindungsstelle einwirken können, so dass die Verbindungsstelle besonders zuverlässig auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise großen Temperaturschwankungen, ist. Die Einbringung der mechanischen Entlastungsgeometrie ist in vorteilhafter Weise mit wenig Aufwand möglich.
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Die vorstehend beschriebenen Vorteile des Verfahrens zum Verbinden eines Lackdrahtes mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers gelten entsprechend auch für die Schaltungsträgeranordnung und das elektrische Bauteil.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren und aus den abhängigen Ansprüchen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnungen anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Verbinden eines Lackdrahtes mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers;
- 2 eine Schaltungsträgeranordnung;
- 3 einen Lackdraht;
- 4A eine Geometrie der Schnittfläche des Lackdrahtes in einer ersten Variante
- 4B eine Schaltungsträgeranordnung der ersten Variante;
- 5A eine Geometrie der Schnittfläche des Lackdrahtes in einer zweiten Variante;
- 5B eine Schaltungsträgeranordnung der zweiten Variante; und
- 6 eine Schaltungsträgeranordnung in einer dritten Variante.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verbinden eines Lackdrahtes mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers beschrieben, wobei vor dem Verbinden des Lackdrahtes mit dem Schaltungsträger eine Stirnseite des Lackdrahtes derart geschnitten wird, dass eine erhaltene Schnittfläche des Lackdrahtes eine vom Querschnitt abweichende, vorbestimmte Geometrie mit einer leitenden Oberfläche erhält. Vorzugsweise wird der Lackdraht derart geschnitten, dass die erhaltende Schnittfläche des Lackdrahtes größer ist als eine Querschnittsfläche des Lackdrahtes. Insbesondere wird der Lackdraht derart geschnitten, dass an der Stirnseite des Lackdrahtes ein über den Querschnitt des Lackdrahtes hinausragender Fortsatz geformt wird. Ferner werden eine Schaltungsträgeranordnung und ein elektrisches Bauteil beschrieben.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Verbinden eines Lackdrahtes mit einer Kontaktfläche eines Schaltungsträgers in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. In einem optionalen ersten Verfahrensschritt 10 wird in einem Wickelprozess mit einem Lackdraht eine Wicklung eines elektrisches Bauelements, beispielsweise einer Spule oder eines Stators eines Elektromotors, auf einem Wicklungsträger hergestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt 12 wird der Lackdraht der Wicklung abgelängt. Dies erfolgt indem der Lackdraht derart geschnitten wird, dass eine erhaltene Schnittfläche an einer Stirnseite des Lackdrahtes eine vom Querschnitt abweichende, vorbestimmte Geometrie mit einer leitenden Oberfläche erhält. Durch das Schneideverfahren wird an dem Drahtende des Lackdrahtes eine isolationsfreie Oberfläche und eine vorbestimmte Kontaktgeometrie hergestellt. In einem optionalen dritten Verfahrensschritt 14 wird der Lackdraht zwischen dem elektrischen Bauelement und der vorgesehenen Verbindungsstelle zu der Kontaktfläche des Schaltungsträgers zu einer Entlastungsgeometrie gebogen. Insbesondere ist die Entlastungsgeometrie als Entlastungsschleife und/oder Entlastungsbogen ausgeformt. In einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird dieser optionale dritte Verfahrensschritt 14 gleichzeitig mit dem nachfolgend beschriebenen fünften Verfahrensschritt 18 durchgeführt. In einem vierten Verfahrensschritt 16 wird vor dem Verbinden des Lackdrahtes mit der Kontaktfläche des Schaltungsträgers auf die Kontaktfläche des Schaltungsträgers ein Kontaktmaterial aufgebracht. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kontaktmaterial um eine Lotpaste und/oder einen Leitkleber. Das Kontaktmaterial wird insbesondere durch Schablonendruck und/oder Jetten aufgebracht. In einem fünften Verfahrensschritt 18 wird der geschnittene Lackdraht und die das Kontaktmaterial aufweisende Kontaktfläche des Schaltungsträgers zueinander positioniert, indem die Schnittfläche des Lackdrahtes durch einen Biegevorgang in eine vorbestimmte Position an der Kontaktfläche des Schaltungsträgers positioniert wird. In einem optionalen sechsten Verfahrensschritt 20 wird der Wicklungsträger über Rasthaken mit dem Schaltungsträger verbunden und damit fixiert. Vorzugsweise werden die Rasthaken in einer Bohrung des Schaltungsträgers verrastet. Die Rasthaken sind dabei über ein Verbindungselement mit dem Wicklungsträger verbunden. In einem siebten Verfahrensschritt 22 wird der Lackdraht, insbesondere die leitfähige Oberfläche der Schnittfläche des Lackdrahtes, mit der Kontaktfläche des Schaltungsträgers durch einen Kontaktierungsprozess verbunden. Vorzugsweise erfolgt dies indem bei dem Kontaktierungsprozess die beiden Verbindungspartner und/oder das Kontaktmaterial erhitzt werden, das Kontaktmaterial aufschmilzt und nach Abkühlung und Erstarrung des Kontaktmaterials die beiden Verbindungspartner Lackdraht und Kontaktfläche miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Vorzugsweise wird als Kontaktierungsprozess das Reflowlöten und/oder das Dampfphasenlöten verwendet. In einem optionalen achten Verfahrensschritt 24 wird eine optische Prüfung der Kontaktstellengeometrie durchgeführt. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Kamera, welche die Verbindungsstelle oder eine Vielzahl von Verbindungsstellen als Bild erfasst und in einer nachfolgenden Auswertung, beispielsweise durch Vergleich mit einem Referenzbild, die Verbindungsstelle als gut oder schlecht klassifiziert.
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2 zeigt eine Schaltungsträgeranordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels. Die Schaltungsträgeranordnung umfasst einen Schaltungsträger 30 und einen mit einer Kontaktfläche 32 des Schaltungsträgers 30 verbundenen Lackdraht 36. Die Stirnseite des Lackdrahtes 36 weist eine Schnittfläche aufweist, die eine vorbestimmte Geometrie mit einer leitenden Oberfläche hat, wobei die Schnittfläche des Lackdrahtes 36 über ein Kontaktmaterial 34 elektrisch leitend mit der Kontaktfläche 32 des Schaltungsträgers 30 verbunden ist. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist ein stirnseitiger Bereich des Lackdrahtes 36 einen über den Querschnitt des Lackdrahtes 36 hinausragender Fortsatz 35 auf, so dass die Verbindungsfläche des Lackdrahtes 36 mit dem Kontaktmaterial 34 größer ist als die Querschnittsfläche des Lackdrahtes 36. Die Geometrie des stirnseitigen Bereichs des Lackdrahtes 36 wird im Wesentlichen durch den Schneideprozess bestimmt, wobei die entstandene Geometrie von der Art des Werkzeuges, beispielsweise Zange und/oder Messer, und/oder von der Geometrie des Werkzeuges abhängt. Zur Ausbildung des Fortsatzes wird eine Zange mit einer stumpfen Schneide verwendet, so dass der Lackdraht beim Schnitt nicht sauber geschnitten, sondern zu dem Fortsatz 35 geformt wird. Der Fortsatz 35 des Lackdrahtes 36 bildet zusammen mit dem Kontaktmaterial 34 und der Kontaktfläche 32 eine Verbindungsstelle 33 zur elektrischen Verbindung aus. Dabei ist die der Kontaktfläche 32 zugewandte Oberfläche des Fortsatzes 35 des Lackdrahtes 36 elektrisch leitend ausgebildet. Ansonsten ist der Lackdraht 36 mit einer isolierenden Lackschicht versehen, so dass ausschließelich die der Kontaktfläche 32 zugewandte Oberfläche des Lackdrahtes elektrisch leitend ausgebildet ist. Das Kontaktmaterial 34 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Lotpaste ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist das Kontaktmaterial ein Leitkleber und/oder ein Weichlot. Ferner zeigt die 2 eine zeichnerische Unterbrechung 46 des Lackdrahtes 36 um darzustellen, dass der Lackdraht 36 auch länger sein kann. Zwischen einem elektrischen Bauelement 40 und der Verbindungsstelle 33 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Entlastungsschleife 38 als eine Entlastungsgeometrie vorgesehen, um die Verbindungsstelle 33 mechanisch zu entkoppeln. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schaltungsträger 30 als eine Leiterplatte ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist der Schaltungsträger 30 als Stanzgitter und/oder Keramiksubstrat und/oder Kommutator und/oder Stecker ausgebildet. Der Schaltungsträger 30 zeichnet sich dadurch aus, dass der Schaltungsträger 30 zumindest eine Kontaktfläche 32 aufweist und eine elektrische Verbindung zu dieser Kontaktfläche und damit zu dem Lackdraht 36 zur Verfügung stellt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Lackdraht 36 als ein Kupferlackdraht ausgebildet, bei dem ein Kupferdraht mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen ist. Die Kontaktfläche 32 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Kupferplättchen (Kupferpad) ausgebildet. Das elektrische Bauelement 40 weist im bevorzugten Ausführungsbeispiel zumindest eine Wicklung auf, die von dem Lackdraht 36 gebildet wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Wicklungsträger des elektrischen Bauelements 40 über ein Verbindungselement 43 und Rasthaken 42 mit dem Schaltungsträger 30 verbunden. Die Rasthaken 42 greifen dabei in eine Durchgangsbohrung 41 des Schaltungsträgers 30 ein. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das elektrische Bauelement 40 ein Elektromotor, insbesondere eine Stator eines EC-Elektromotors (bürstenloser Gleichstrommotor, electronically commutated) und/oder eines Rotors eines DC-Elektromotors (Gleichstromelektromotor). In einer Variante ist das elektrische Bauelement 40 eine Spule.
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3 zeigt einen Lackdraht 36 des bevorzugten Ausführungsbeispiels. Der Lackdraht 36 weist einen Durchmesser 50 von 0,9 mm auf. Die Stirnseite 51 ist hier allseitig senkrecht zur axialen Erstreckung des Lackdrahts 36 geschnitten und zeigt damit den Querschnitt des Lackdrahtes 36 mit der Querschnittsfläche 52. Diese Querschnittfläche 52 zeichnet sich dadurch aus, dass diese die kleinste mögliche Fläche bei einem Schnitt durch den Lackdraht aufweist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Querschnittsfläche 52 bei dem gewählten Durchmesser 50 von 0,9 mm somit 0,636 mm2. In einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels beträgt der Durchmesser 50 des Lackdrahtes 36 vorzugsweise zwischen 0,01 mm und 5,00 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 2,0 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1,5 mm.
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4A zeigt eine Geometrie der Schnittfläche 54 des Lackdrahtes 36 in einer ersten Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels. In dieser Variante ist der Lackdraht 36 in einer Schnittebene in einer vorgegebenen Schnittrichtung geschnitten. Dabei weist die Schnittebene einen vorgegebenen Winkel α 56 zur axialen Erstreckung des Lackdrahtes 36 auf. Vorzugsweise beträgt der Winkel α 56:45°. Bevorzugt verläuft auch die Schnittrichtung senkrecht zur axialen Erstreckung des Lackdrahtes 36. Der Umfang der erhaltenen Schnittfläche 54 weist in Aufsicht als vorbestimmte Geometrie die Form einer Ellipse auf. Die Fläche der Schnittfläche 54 beträgt bei einem Durchmesser des Lackdrahtes 36 von 0,9 mm und einem Winkel α 56 von 45° 0,9 mm2. Der Lackdraht 36 ist somit derart geschnitten, dass die erhaltende Schnittfläche 54 des Lackdrahtes 36 größer ist als die Querschnittsfläche des Lackdrahtes 36 gemäß der 3. 4B zeigt die entsprechende Schaltungsträgeranordnung der in 4A beschriebenen Variante der Geometrie der Schnittfläche 54. Der Lackdraht 36 ist über die elektrisch leitende Oberfläche der Schnittfläche 54 über das Kontaktmaterial 34 mit der Kontaktfläche 32 des Schaltungsträgers 32 verbunden. Das Kontaktmaterial 34 ist hierbei einseitig angeordnet und weist im Übergang zwischen Kontaktfläche 32 und Lackdraht 36 einen einseitigen Meniskus auf.
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5A zeigt eine Geometrie der Schnittfläche 54 des Lackdrahtes 36 in einer zweiten Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels. In dieser Variante ist der Lackdraht 36 zunächst in einer ersten Schnittebene in einer vorgegebenen ersten Schnittrichtung geschnitten. Dabei weist die erste Schnittebene einen vorgegebenen Winkel β 62 zur axialen Erstreckung des Lackdrahtes 36 auf. Vorzugsweise beträgt der Winkel β 62 135°. Bevorzugt verläuft die erste Schnittrichtung senkrecht zur axialen Erstreckung des Lackdrahtes 36. In dieser Variante ist der Lackdraht 36 ferner in einer zweiten Schnittebene in einer vorgegebenen zweiten Schnittrichtung geschnitten. Dabei weist die zweite Schnittebene einen vorgegebenen Winkel δ 64 zur axialen Erstreckung des Lackdrahtes 36 auf. Vorzugsweise beträgt der Winkel δ 64 45°. Bevorzugt verläuft die zweite Schnittrichtung senkrecht zur axialen Erstreckung des Lackdrahtes 36. Bevorzugt ist die erste Schnittrichtung parallel zur zweiten Schnittrichtung. Die durch die beiden Schnitte entstandene erste Teilfläche 58 und die zweite Teilfläche 60 schließen einen Winkel γ 63 von 90° ein. In dieser Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels sind die erste Teilfläche 58 und die zweite Teilfläche 60 als ebene Flächen ausgeführt. Der Umfang der erhaltenden ersten Teilfläche 58 und der zweiten Teilfläche 60 als vorbestimmte Geometrie die Form einer unvollständigen Ellipse auf. Die Fläche der gesamten Schnittfläche 54, die von der ersten Teilfläche 58 und der zweiten Teilfläche 60 gebildet wird, beträgt bei einem Durchmesser des Lackdrahtes 36 von 0,9 mm in dieser zweiten Variante 0,9 mm2. Der Lackdraht 36 ist somit derart geschnitten, dass die erhaltende Schnittfläche 54 des Lackdrahtes 36 größer ist als die Querschnittsfläche des Lackdrahtes 36 gemäß der 3. Vorzugsweise wird die gesamte Schnittfläche 54 durch einen einzigen Schnitt hergestellt. 5B zeigt die entsprechende Schaltungsträgeranordnung der in 5A beschriebenen Variante der Geometrie der Schnittfläche 54. Der Lackdraht 36 ist über die elektrisch leitende Oberfläche der Schnittfläche 54 über das Kontaktmaterial 34 mit der Kontaktfläche 32 des Schaltungsträgers 32 verbunden. Das Kontaktmaterial 34 ist hierbei zweiseitig angeordnet und weist im Übergang zwischen Kontaktfläche 32 und Lackdraht 36 auf beiden Seiten einen Meniskus auf. Vorzugsweise weist die Schnittfläche 54 zudem eine zur axialen Erstreckung des Lackdrahtes 36 parallele Symmetrieebene auf.
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6 zeigt Schaltungsträgeranordnung in einer dritten Variante. In dieser Variante wird die Geometrie der Schnittfläche 54 von eine Mehrzahl an ebenen Teilflächen gebildet, die in einem vorgegebenen Winkel zueinander angeordnet sind. In dieser Variante ist vorgesehen, dass alle Schnittrichtungen der Schnittflächen parallel verlaufen. Vorzugsweise weist die Schnittfläche 54 zudem eine zur axialen Erstreckung des Lackdrahtes 36 parallele Symmetrieebene auf. Der Lackdraht 36 ist über die elektrisch leitende Oberfläche der Schnittfläche 54 über das Kontaktmaterial 34 mit der Kontaktfläche 32 des Schaltungsträgers 32 verbunden. Das Kontaktmaterial 34 ist hierbei zweiseitig angeordnet und weist im Übergang zwischen Kontaktfläche 32 und Lackdraht 36 auf beiden Seiten einen Meniskus auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009027707 A1 [0002]
- DE 102010041037 A1 [0002]
