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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Presssitzanschluss zum Einführen und
zur Passung in einer Durchgangsöffnung
einer Platine oder dergleichen und insbesondere einen Pressitzanschluss,
bei dem eine Sn-Platierungsschicht an einer äußeren Oberfläche eines
Verbindungsteils nicht abgeschabt wird, wenn ein Presssitzvorgang
in einer Durchgangsöffnung
einer Platine oder dergleichen erfolgt, sowie ein Verfahren zur Herstellung
dieses Presssitzanschlusses und eine Verbindungsanordnung zwischen
dem Presssitzanschluss und der Platine.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
einer elektrischen Verbindung zwischen einer Platine, beispielsweise
einer gedruckten Schaltkreiskarte und Verbinderanschlüssen ist
es allgemein bekannt, dass die Verbinderanschlüsse in leitende Durchgangsöffnungen
der Platine im Presssitz eingeführt
werden, um ohne Löten
mechanisch befestigt zu werden. Der hier verwendete Anschluss wird
Presssitzanschluss genannt, der einen Anschlusseinführteil hat, der
in die Platine eingeführt
wird, einen Anschlussanbringteil hat, der in einen Verbinder für PCB oder
dergleichen eingeführt
und hierin befestigt wird und einen Presssitzverbindungsteil hat,
der zwischen dem Anschlusseinführteil
und dem Anschlussanbringteil liegt und in elektrischem Kontakt mit
der Durchgangsöffnung
gelangt.
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Dieser
Presssitzanschluss ist so aufgebaut, dass der Anschlusseinführteil zuerst
in die Durchgangsöffnung
der Platine eingeführt
wird und der Presssitzverbindungsteil, der eine größere Breite
als der Durchgangsöffnungsdurchmesser
hat, wird im Presssitz in die Durchgangsöffnung eingeführt, um
eine Kontaktlast zu erzeugen, sodass somit elektrische und mechanische
Verbindungen erhalten werden.
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Um
in einem solchen Fall einen niedrigen und stabilen Kontaktwiderstand
an den Verbindungen zu erhalten, wird üblicherweise zumindest an der äußeren Oberfläche des
Presssitzverbindungsteils, der in Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt,
eine Sn-Platierung vorgesehen.
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Die
ungeprüfte
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. Hei 11-135226 betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Verbinders des Zwischentyps, bei dem eine Sn-Platierung an
Anschlussoberflächen
vorgesehen ist, um eine Einführkraft
von Anschlüssen
zu verringern, während
ein stabiler Kontaktwiderstand aufrechterhalten wird.
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Insbesondere
beschreibt die ungeprüfte
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. Hei 11-135226 , dass eine Ni-Platierungsschicht auf
den Anschlussoberflächen
ausgebildet wird, hierauf eine Cu-Platierungsschicht ausgebildet
wird und hierauf eine Sn-Platierungsschicht gebildet wird und dann
eine Wärmebehandlung
an Anschlussbasen bei Temperaturen zwischen 150 bis 170°C durchgeführt wird,
um die Sn-Platierungsschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 bis 0,3 μm an einem
Gleitteil eines der Anschlüsse
zurückzulassen
und um eine Sn-Platierungsschicht mit einer Dicke von 0,1 μm oder mehr
an einem Gleitteil des anderen Anschlusses zurückzulassen.
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Da
jedoch die Cu-Platierung für
gewöhnlich
an einer inneren Oberfläche
der Durchgangsöffnung
vorhanden ist und die Sn-Platierungsschicht weicher als die Cu-Platierungsschicht
ist, hat der Anschluss, an dem die Sn-Platierungsschicht an der
Anschlussoberfläche
verbleibt, wie oben erwähnt,
das Problem, dass die Sn-Platierungsschicht des Anschlusses von
einer Kante der Durchgangsöffnung
abgeschabt wird, um Abriebpartikel zu erzeugen, wenn der Anschluss
im Presssitz in die Durchgangsöffnung
eingeführt
wird, sodass Kurzschlüsse
oder Fehlfunktionen im Schaltkreis auftreten.
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Um
diesem Problem zu begegnen, gibt es ein Verfahren zum Absaugen der
erzeugten Abriebpartikel, ein Verfahren zur Verwendung von Ni, das
härter
als Sn ist, als Metall zur Platierung des Anschlusses etc. Das Absaugverfahren
hat jedoch das Problem, dass die Anordnung der Platine und des Verbinders
die Absaugung manchmal schwierig macht und die Untersuchung, um
eine vollständige
Entfernung zu verifizieren, kompliziert ist, und die Notwendigkeit
der Absauganlage zu einem Kostenanstieg führt. Zusätzlich muss bei dem Verfahren,
bei dem Ni als Anschlussplatierungsmetall verwendet wird, Sn als
Metall zur Platierung der Durchgangsöffnung mit Blick auf eine Verbindungszuverlässigkeit
verwendet werden und es ergibt sich das Problem von Schwierigkeiten
oder hohen Kosten bei der Bereitstellung der Platine.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES
PROBLEM
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, die obengenannten Probleme zu beseitigen
und einen Presssitzanschluss bereitzustellen, der eine ausgezeichnete
Verbindungszuverlässigkeit
hat, und bei dem eine Sn-Platierungsschicht an einer äußeren Oberfläche nicht
abgeschabt wird, wenn ein Presssitz in einer Durchgangsöffnung einer
Platine erfolgt, sowie ein Verfahren zur Herstellung hiervon und
eine Verbindungsstruktur zwischen dem Presssitzanschluss und der
Platine.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DER
AUFGABE
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Zur
Lösung
der Aufgabe und gemäß dem Zweck
der vorliegenden Erfindung, wie im Anspruch 1 beschrieben, ist ein
Presssitzanschluss in Übereinstimmung
mit der Erfindung zum Einführen
in eine leitfähige Durchgangsöffnung einer
Platine dadurch gekennzeichnet, dass er eine Unterplatierungsschicht
hat, die eine oder mehrere Platierungsschichten enthält und die
an einer Oberfläche
einer Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses
ausgebildet ist, der in elektrischem Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt,
wobei eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall
der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht ausgebildet
ist und unlegiertes Sn in die Legierungsschicht eingemischt ist, wobei
es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat.
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Gemäß Anspruch
2 kann das unlegierte Sn inselförmig
in der Legierungsschicht sein, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen
bis 50 nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat.
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Gemäß Anspruch
3 ist es bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht eine
Platierungsschicht enthält,
dann ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
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Gemäß Anspruch
4 ist es auch bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht
zwei Platierungsschichten enthält,
dann die Platierungsmetalle der Platie rungsschichten Ni oder Cu
oder Cu und Ni, von der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
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Gemäß Anspruch
5 ist es auch bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht
drei Platierungsschichten enthält,
die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Cu, von
der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Presssitzanschlusses gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie es in Anspruch 6 beschrieben ist, enthält die Schritte
des Ausbildens einer Unterplatierungsschicht einschließlich einer
oder mehrerer Platierungsschichten auf einer Oberfläche einer
Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses,
der in elektrischen Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt, das Ausbilden
einer Sn-Platierungsschicht mit einer Dicke von 0.1 bis 0.7 μm auf der
Deckplatierungsschicht und nach dem Schritt des Ausbildens der Sn-Platierungsschicht
das Durchführen
eines Reflow-Prozesses durch Durchführen einer Wärmebehandlung,
um eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall
der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht zu bilden,
sowie unlegiertes Sn in die Legierungsschicht zu mischen, so dass
es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat.
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Gemäß Anspruch
8 kann beim Schritt des Durchführens
des Reflow-Prozesses das unlegierte Sn inselförmig in der Legierungsschicht
gemacht werden, so dass es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50
nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat.
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Wie
in Anspruch 10 beschrieben, ist es bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht
eine Platierungsschicht enthält,
ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
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Wie
in Anspruch 11 beschrieben, ist es auch bevorzugt, dass, wenn die
Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält, dann
die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Ni oder Cu bzw.
Cu oder Ni, von der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
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Wie
in Anspruch 12 beschrieben, ist es auch bevorzugt, dass, wenn die
Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält, dann
die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Cu, von
der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
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Wie
in Anspruch 13 beschrieben, ist es bevorzugt, dass eine Wärmebehandlungstemperatur
beim Schritt des Durchführens
des Reflow-Prozesses im Bereich von 200 bis 270°C liegt.
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Zusätzlich ist,
wie in Anspruch 14 beschrieben, eine Verbindungsstruktur zwischen
einem Presssitzanschluss und einer leitfähigen Durchgangsöffnung einer
Platine gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterplatierungsschicht
mit einer oder mehrerer Platierungsschichten auf einer Oberfläche einer
Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses
ausgebildet wird, eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall
der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht gebildet
wird, unlegiertes Sn in die Legierungsschicht gemischt wird, so
dass es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat und eine Oberflächenhärte des Presssitzverbindungsteils
höher als
eine Oberflächenhärte eines
Verbindungsteils der Durchgangsöffnung
ist.
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Gemäß Anspruch
15 kann das unlegierte Sn in der Legierungsschicht inselförmig sein,
wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat.
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Wie
in Anspruch 16 beschrieben, ist es bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht
eine Platierungsschicht enthält,
ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
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Wie
in Anspruch 17 beschrieben, ist es auch bevorzugt, dass, wenn die
Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält, die
Platierungsmetalle der Platierungsschichten Ni oder Cu bzw. Cu und
Ni, von der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
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Wie
in Anspruch 18 beschrieben, ist es auch bevorzugt, dass, wenn die
Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält, die
Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Cu, von der
Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
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AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Bei
dem Presssitzanschluss gemäß Anspruch
1 hat das Presssitzverbindungsteil eine Schicht, in der das unlegierte
Sn mit einer Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her und die Legierung auf Sn-Basis gemischt sind. Die Härte der
Legierungsschicht auf Sn-Basis ist wesentlich höher als diejenige der Cu-Platierung,
die an einer inneren Oberfläche
der Durchgangsöffnung
der Platine vorgesehen ist. Eine Kraft, die auf das Presssitzverbindungsteil
ausgeübt
wird, wenn der Presssitzanschluss im Presssitz eingesetzt wird,
wird von dem harten Teil aufgenommen, um das unlegierte Sn zu schützen, sodass
die Platierungsschicht vor einem Abschaben geschützt werden kann.
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Zusätzlich hat
das unlegierte Sn, das in die Legierungsschicht gemischt ist, wobei
es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat, sehr weiche Eigenschaften, was einen
Kontaktbereich in dem Presssitzverbindungsteil ergibt und keine
Lücken
an einer Verbindungsgrenzfläche.
Somit kann Sauerstoff daran gehindert werden, einzudringen, sodass
ein Anstieg im Kontaktwiderstand aufgrund einer Verschlechterung
durch Oxidation oder dergleichen der Platierung auch in einer heißen Umgebung
verringert werden kann.
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Das
unlegierte Sn gemäß obiger
Beschreibung kann die gleiche Wirkung und den gleichen Effekt wie der
Presssitzanschluss gemäß Anspruch
1 erzielen, auch wenn das unlegierte Sn sich inselförmig in
der Legierungsschicht befindet, wobei es eine Tiefe von einigen
wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht
her hat.
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Zusätzlich,
wenn das Platierungsmetall der Deckplatierungsschicht Ni oder Cu
gemäß den Ansprüchen 3 bis
5 ist, kann, da beispielsweise die Härte der Legierung aus Sn und
dem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht, die auf dem
der Unterplatierungsschicht ausgebildet ist, höher als die Härte der Cu-Platierung
in der Durchgangsöffnung
der Platine ist, ein Abschaben der Platierungsschicht an der Anschlussoberfläche verhindert
werden, welche auftritt, wenn ein Sn-platierter Presssitzanschluss
im Presssitz in die Durchgangsöffnung
eingeführt
wird.
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In
manchen Fällen
ist das Unterplatierungsmetall Ni, da, wenn die Anschlussbasis aus
einer Kupfer-Zink-Legierung ist, dies verhindert, dass das Zn-Element
in der Anschlussbase aufgrund der Wärmebehandlung in die Sn-Schicht
diffundiert.
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Zusätzlich ist
in manchen Fällen
die Platierungsschicht, die der Oberfläche der Anschlussbasis am nächsten ist,
die Cu-Schicht, da, wenn eine Anschlussbasis ge wählt wird, auf der eine Ni-Platierung
schwierig anzuheften ist, die Zwischenschaltung von Cu die Benetzungseigenschaften
etc. der Ni-Platierung verbessert.
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Es
wird veranlasst, dass die Unterplatierungsschicht eine bis drei
Schichten enthält:
das Platierungsmetall ist Ni oder Cu, wenn die Unterplatierungsschicht
eine Platierungsschicht enthält;
die Platierungsmetalle der Platierungsschichten sind Ni oder Cu
bzw. Cu oder Ni von der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, wenn die Unterplatierungsschicht
zwei Platierungsschichten enthält;
und die Platierungsmetalle der Platierungsschichten sind Cu, Ni
und Cu von der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, wenn die Unterplatierungsschicht
drei Platierungsschichten enthält.
Die Unterplatierungsschicht ist damit an Anschlussbasen anpassbar,
die eine Vielzahl von Basismaterialien enthalten.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung des Presssitzanschlusses gemäß Anspruch
7 können
die Legierungsschicht aus Sn und das Unterplatierungsmetall der
Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht ausgebildet
werden und das unlegierte Sn kann in die Legierungsschicht gemischt
werden, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer
Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat; folglich kann ein Abschaben der Platierungsschicht
an der Anschlussoberfläche
in dem Presssitzverbindungsteil verhindert werden.
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Da
zusätzlich
die Kontaktfläche
in dem Presssitzverbindungsteil erhöht wird, lässt sich der Kontaktwiderstand
senken. Da zusätzlich
eine Verschlechterung durch Oxidation oder dergleichen der Platierung
auch in einer heißen
Umgebung verringert wird, kann ein Presssitzanschluss mit ausgezeichneter
Verbindungszuverlässigkeit
hergestellt werden.
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Selbst
wenn das unlegierte Sn sich bei dem Verfahren zur Herstellung des
Presssitzanschlusses in der Legierungsschicht inselartig befindet,
wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat, wie in Anspruch 8 beschrieben, kann die
gleiche Wirkung und der gleiche Effekt wie bei dem Presssitzanschluss
gemäß Anspruch
7 erreicht werden.
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Durch
Verwendung von Ni oder Cu als Unterplatierungsmetall gemäß den Ansprüchen 10
bis 12 kann eine Legierungsschicht mit höherer Härte als der Cu-Platierung in der
Durchgangsöffnung
der Platine auf der Unterplatierungsschicht gebildet werden.
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Es
wird veranlasst, dass die Unterplatierungsschicht eine bis drei
Platierungsschichten enthält:
das Platierungsmetall ist Ni oder Cu, wenn die Unterplatierungsschicht
eine Platierungsschicht enthält;
die Platierungsmetalle der Platierungsschichten sind Ni oder Cu
bzw. Cu oder Ni von der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, wenn die Unterplatierungsschicht
zwei Platierungsschichten enthält;
und die Platierungsmetalle der Platierungsschichten sind Cu, Ni
und Cu von der Oberfläche
der Anschlussbasis aus gesehen, wenn die Unterplatierungsschicht
drei Platierungsschichten enthält;
die Unterplatierungsschicht ist an Anschlussbasen anpassbar, welche
eine Vielzahl von Basismaterialien haben.
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Indem
zusätzlich
die Wärmebehandlungstemperatur
beim Schritt des Durchführens
des Reflow-Prozesses zwischen 200 und 270°C liegt, wie in Anspruch 13
beschrieben, wird es möglich,
die Legierungsschicht aus Sn und dem Unterplatierungsmetall der
Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht zu bilden und
zu veranlassen, dass das unlegierte Sn in der Legierungsschicht
gemischt oder inselförmig
vorliegt, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von
einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat.
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Durch
Verwenden der Verbindungsstruktur zwischen dem Presssitzanschluss
und der Platine gemäß Anspruch
14 werden Kurzschlüsse
oder Fehlfunktionen im Schaltkreis aufgrund einer Abschabung der
Platierungsschicht an der Anschlussoberfläche verhinderbar. Zusätzlich kann
ein niedriger und stabiler Kontaktwiderstand in einer heißen Umgebung
beibehalten werden, sodass die Verbindungszuverlässigkeit ausgezeichnet wird.
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Selbst
wenn das unlegierte Sn sich inselförmig in der Legierungsschicht
befindet, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von
einer Außenoberfläche der
Legierungsschicht her hat, die auf der Oberfläche der Anschlussbasis in dem
Presssitzverbindungsteil ausgebildet ist, wie in Anspruch 15 beschrieben,
lässt sich
die gleiche Wirkungsweise und der gleiche Effekt wie bei der Verbindungsstruktur
zwischen Presssitzanschluss und Platine gemäß Anspruch 14 erreichen.
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Eine
Vielzahl von Unterplatierungen kann gemacht werden, wie in den Ansprüchen 16
bis 18 beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, wo ein Presssitzanschluss
in Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in eine leitfähige Durchgangsöffnung einer
Platine einzuführen
und hier einzusetzen ist;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des Äußeren einer Platierung auf
einer Oberfläche
des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3A bis 3E sind
Ansichten, die Platierungsstrukturen auf der Oberfläche des
Presssitzanschlusses in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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4 ist
ein SEM-Beobachtungsbild nach Durchführung eines Reflow-Prozesses
auf der Oberfläche des
Presssitzanschlusses in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5A und 5B sind
Grafiken, die die Ergebnisse einer AES (Auger Elektronenspektroskopie) nach
Durchführung
des Reflow-Prozesses an der Oberfläche des Presssitzanschlusses
in Übereinstimmung mit
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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6 zeigt
ein SIM-Beobachtungsbild einer Verbindungsgrenzfläche zwischen
dem Presssitzanschluss in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und der leitfähigen Durchgangsöffnung der
Platine;
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7 zeigt
ein SIM-Beobachtungsbild einer Verbindungsgrenzfläche zwischen
einem Presssitzanschluss, bei dem nur eine Ni-Platierung an einem
Presssitzverbindungsteil vorhanden ist und der leitfähigen Durchgangsöffnung der
Platine;
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8 ist
eine Grafik, die eine Änderung
des Kontaktwiderstandes in einer heißen Umgebung im Fall einer
Verbindung des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung mit der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit der leitfähigen Durchgangsöffnung der
Platine zeigt;
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9 ist
eine Grafik, die eine Änderung
des Kontaktwiderstandes in einer heißen Umgebung im Fall einer
Verbindung des Presssitzanschlusses, bei dem nur eine Ni-Platierung
an dem Presssitzverbindungsteil vorhanden ist und der leitfähigen Durchgangsöffnung der
Platine zeigt;
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10 ist
eine Grafik, die ein Temperaturprofil im Reflow-Prozess an der Oberfläche des
Presssitzanschlusses in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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11A bis 11G sind
Ansichten, die Querschnittsformen von Presssitzverbindungsteilen
einer Anzahl von Presssitzanschlüssen
zeigen.
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BESTE WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Eine
detailliierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erfolgt nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 11G.
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Ein
Presssitzanschluss 10 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gemäß 1 wird
gebildet durch Durchführen
einer Pressbearbeitung an einem Draht eines Metalls mit ausgezeichneter
Leitfähigkeit,
beispielsweise einer Legierung auf Kupferbasis. Ein Kartenverbindungsteil 12 kann
in eine Durchgangsöffnung 14 einer
Platine 13 eingeführt
werden, beispielsweise einer gedruckten Schaltkreiskarte.
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Die 11A bis 11G sind
Ansichten, die Beispiele von Querschnittsformen von Verbindungsteilen einer
Anzahl von Presssitzanschlüssen
zeigen.
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Die
Presssitzanschlüsse,
die in den 11A und 11B gezeigt
sind, werden als Anschlüsse
des separaten Auslegertyps bezeichnet. Derjenige gemäß 11A wird speziell Anschluss des versetzten Typs genannt.
Zwei separate Quadrate 111a und 112a sind im Querschnitt
zueinander versetzt ausgebildet und werden in Richtung ihrer jeweiligen
Pfeile gemäß 11A im Inneren eines Kanalteils 113a bewegt,
sodass der Presssitzanschluss verformt wird, um in eine Durchgangsöffnung einführbar zu
sein und hierin im Presssitz gehalten zu sein. Somit wird der Presssitzanschluss
in elektrischem Kontakt mit einer Innenoberfläche 114a der Durchgangsöffnung an
zwei Punkten A und B gehalten.
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Derjenige
in 11B wird speziell I-Anschluss des Nadeltyps genannt,
wo zwei separate Quadrate 111b und 112b im Querschnitt
ausgebildet sind und ein Kanalteil 113b zwischen den Quadrate 11b und 112b gebildet
ist. Die Quadrate 111b und 112b werden in Richtung
der jeweiligen Teile in 11B im
Inneren des Kanalteils 113b bewegt, sodass der Presssitzanschluss
im Presssitz in der Durchgangsöffnung
liegt und in elektrischem Kontakt mit einer Innenfläche 114b der
Durchgangsöffnung
an zwei Ebenen C und D ist.
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Die
Presssitzanschlüsse
gemäß den 11C bis 11F haben
jeweils im Querschnitt die Form eines Buchstabens des Alphabets,
wobei die Buchstabenform deformiert ist.
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Derjenige
gemäß 11C wird speziell C-Form-Anschluss genannt, wobei
die Form des Buchstabens C im Querschnitt gebildet ist. Ein Anschlussquerschnitt 111c ist
elastisch in Pfeilrichtung im Inneren eines Kanalteils 113c verformt,
um den Durchmesser des C-Form-Anschluss zu verringern, sodass der
Anschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung ist, um im elektrischen
Kontakt mit einer Innenfläche 114c der
Durchgangsöffnung über die
gesamte Außenfläche des
Presssitzverbindungsteils zu sein.
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Derjenige
gemäß 11D wird speziell M-Form-Anschluss genannt, wobei
die Form des Buchstabens M im Querschnitt gebildet ist. Anschlussquerschnitte 111d und 112d werden
elastisch in Richtung der jeweiligen Pfeile in 11D innerhalb eines Kanalteils 113d verformt,
sodass der M-Form-Anschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung ist,
um in elektrischem Kontakt mit einer Innenfläche 114d der Durchgangsöffnung an
zwei Ebenen E und F befestigt sein.
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Derjenige
gemäß 11E ist speziell N-Form-Anschluss genannt, wobei
die Form des Buchstabens N im Querschnitt gebildet ist. Anschlussquerschnitte 111e und 112e werden
elastisch in Richtung der jeweiligen Pfeile in 11E im Inneren eines Kanalteils 113e verformt,
sodass der N-Form-Anschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung ist,
um in elektrischen Kontakt mit einer Innenfläche 114e der Durchgangsöffnung an
zwei Ebenen G und H befestigt zu sein.
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Derjenige
in 11F ist speziell H-Form-Anschluss genannt, wobei
die Form des Buchstabens H im Querschnitt gebildet ist. Anschlussquerschnitte 111f und 112f werden
elastisch in Richtung der jeweiligen Pfeile in 11F im Inneren eines Kanalsteils 113f verformt,
sodass der H-Form-Anschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung ist,
um in elektrischem Kontakt einer Innenfläche 114f der Durchgangsöffnung an
zwei Ebenen I und J zu sein.
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Die
Anschlüsse
mit den Querschnittsformen der 11A bis 11F haben einen hohen Betrag an elastischer Verformung
des Presssitzverbindungsteils und sprechen somit leicht auf Änderungen
der Größe des Durchgangsöffnungsdurchmessers
in der gedruckten Schaltkreiskarte an, sodass diese momentan die hauptsächlich verwendete
Anschlüsse
sind.
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Der
Presssitzanschluss gemäß 11G ist ein sogenannter Massivanschluss, wobei
im Querschnitt ein Rechteck gebildet ist und der Anschluss so konfiguriert
ist, dass er in elektrischem Kontakt mit einer Innenfläche 114g der
Durchgangsöffnung
in vier Punkten K, L, M und N ist. Der Massivanschluss, der eine
geringe plastische Verformung des Presssitzverbindungsteils hat,
wird durch plastische Verformung in die Durchgangsöffnung gepresst.
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Eine
Vielzahl von Leiterpfaden von 15 ist auf einer Oberfläche der
Platine 13 ausgebildet und eine Anzahl von Durchgangsöffnung 14 ist
in der Platine 13 ausgebildet. An einer Innenfläche der
Durchgangsöffnung 14 ist
durch Platieren oder dergleichen ein Kontaktteil 16 ausgebildet
und mit den Leiterpfaden 15 in Verbindung.
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Am
Ende des Kartenverbindungsteils 12 des Presssitzanschlusses 10 ist
ein Führungsteil 17 ausgebildet,
das den einzuführenden
Anschluss in die Durchgangsöffnung 14 führt und
oberhalb des Führungsteils 17 ist
ein Paar von elastischen Verformungsteilen 18 über eine
Länge ausgebildet,
die etwa zweimal größer als
die Tiefe der Durchgangsöffnung
ist. Die elastischen Verformungsteile 18 haben die Form
eines dicken Streifens und dehnen sich nach Außen aus, um annähernd bogenförmig zu
sein und zwischen ihnen ist ein Kanalteil 13 gebildet.
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Äußere Oberflächen des
Presssitzanschlusses etwas oberhalb der Mitte in Längsrichtung
bildet annähernd
gerade Teile 18A über
eine Länge
von ungefähr
einem Drittel der Gesamtlänge,
um parallel zueinander zu sein oder einen schwachen Bogen zu bilden.
Ein Teil entsprechend den annähernd
geraden Teilen 18A wirkt als das Presssitzverbindungsteil
und gelangt in elektrischen Kontakt mit dem Kontaktteil 16 der
Durchgangsöffnung 14.
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2 ist
eine perspektivische Schrägansicht
des Aufbaus von Schichten, die auf die Oberfläche des Presssitzanschlusses
platiert sind, der in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. In 2 ist eine
Unterplatierungsschicht 26 auf einer Anschlussbasis 28 ausgebildet
und eine Legierungsschicht 24 aus einem Unterplatierungsmetall
und Sn ist hierauf ausgebildet, wo bei eine unlegierte Sn-Schicht 22 untergemischt
ist. Die unlegierte Sn-Schicht 22 bevorzugt eine Tiefe
von einigen wenigen 50 mm von einer Außenfläche der Legierungsschicht 24 aus
gesehen.
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Die 3A bis 3E sind
Ansichten, die Platierungsschichtaufbauten im Querschnitt bei einem Presssitzanschluss
in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen. 3A zeigt
den Aufbau, bei dem eine Ni-Legierungsschicht 34 auf einer
Anschlussbasis 36 ausgebildet ist und hierauf ist eine
Sn-Ni-Legierungsschicht 32 ausgebildet und in eine Außenschicht
der Sn-Ni-Legierungsschicht 32 ist eine unlegierte Sn-Schicht 31 gemischt. 3B zeigt
den Aufbau, bei dem Cu-Platierungsschicht 35 auf einer
Anschlussbasis 36 ausgebildet ist und hierauf ist eine
Sn-Ni-Cu-Legierungsschicht 33 ausgebildet und in eine Außenschicht
Sn-Cu-Legierungsschicht 33 ist eine unlegierte Sn-Schicht 31 gemischt.
Die Unterplatierungsschichten in den 3A und 3B enthalten
jeweils eine Platierungsschicht.
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3C zeigt
den Aufbau, bei dem die Cu-Platierungsschicht 35 und eine
Ni-Platierungsschicht 34 von oben
her gesehen als Unterplatierungsschicht auf einer Anschlussbasis 36 ausgebildet
sind, eine Sn-Cu-Legierungsschicht 33 ist hierauf ausgebildet
und eine unlegierte Sn-Schicht 31 ist in eine Außenschicht
der Sn-Cu-Legierungsschicht 33 gemischt. 3D zeigt
den Aufbau, bei dem eine Ni-Platierungsschicht 34 und eine
Cu-Platierungsschicht 35 von oben her gesehen als Unterplatierungsschicht
auf einer Anschlussbasis 36 ausgebildet sind und hierauf
ist eine Sn-Ni-Legierungsschicht 32 ausgebildet und eine
unlegierte Sn-Schicht 31 ist in eine Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht 32 gemischt.
Die Unterplatierungsschichten in den 3C und 3D enthalten
jeweils zwei Platierungsschichten.
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3E zeigt
den Aufbau, bei dem die Cu-Platierungsschicht 35, eine
Ni-Platierungsschicht 34 und eine Cu-Platierungsschicht 35 von
oben her gesehen als Unterplatierungsschicht auf einer Anschlussbasis 36 ausgebildet
sind und hierauf ist eine Sn-Cu-Legierungsschicht 33 ausgebildet
und eine unlegierte Sn-Schicht 31 ist in eine Außenschicht
der Sn-Cu-Legierungsschicht 33 gemischt. Die Unterplatierungsschicht
in 3E enthält
drei Platierungsschichten.
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Ein
Ablauf zur Ausbildung der Platierung auf dem Presssitzanschluss
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung enthält die Schritte des Ausbildens
der Unterplatierungsschicht auf der Anschlussbasis, das Ausbilden
der Sn-Platierungsschicht auf der Deckplatierungsschicht und das
Durchführen
eines Reflow-Prozesses zur Durchführung einer Wärmebehandlung
nach der Ausbildung der Sn-Platierungsschicht.
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Das
Verfahren zur Ausbildung der Unterplatierungsschicht oder der Sn-Platierungsschicht
kann ein allgemein verwendetes Platierungsverfahren sein und eine
Beschreibung hiervon erfolgt nicht. Im Reflow-Prozess liegt die
Wärmebehandlungstemperatur
bevorzugt zwischen 200 und 270°C.
Es ist nur wesentlich, dass die Wärmebehandlungstemperatur eine
maximale Endtemperatur von 200 bis 270°C hat und es ist bevorzugt, die
Temperatur von Raumtemperatur an anzuheben und auf natürlichem
Weg oder zwangsweise zu verringern. Eine Wärmebehandlungszeit kann zwischen
einigen Sekunden bis einigen Minuten liegen. 10 ist eine
Grafik, die ein Beispiel eines Temperaturprofils der Wärmebehandlung
zeigt.
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Bei
dem oben erwähnten
Reflow-Prozess kann eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall
auf der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht gebildet
werden und unlegiertes Sn kann in einer Außenschicht der Legierungsschicht
eingemischt werden.
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Beim
Vorgang der Bereitstellung der Platierung gemäß obiger Erläuterung
ist die Dicke der Sn-Platierungsschicht vor der Wärmebehandlung
bevorzugt zwischen 0,1 bis 0,7 μm.
Unter 0,1 μm
ist es schwierig, eine gleichförmige
Sn-Platierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht zu bilden
und bei mehr als 0,7 μm
ist es unmöglich,
unlegiertes Sn unterzumischen.
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4 ist
eine Ansicht eines Beobachtungsbilds einer Platierungsoberfläche am Presssitzanschluss
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung nach Durchführung des Reflow-Prozesses,
beobachtet unter Verwendung eines SEM.
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6 ist
eine Ansicht eines Bilds an einer Verbindungsgrenzfläche zwischen
dem Presssitzanschluss in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung (mit der Platierungsstruktur von 3c)
und einer Durchgangsöffnung
(TH), beobachtet durch ein SIM (Scanning Ion Microscope). In 6 ist
die Durchgangsbohrung am Boden liegend, worauf das unlegierte Sn
und die Legierungsschicht, die Cu-Platierungsschicht, die Ni-Platierungsschicht
und die Anschlussbasis in dieser Reihenfolge von der Verbindungsgrenzfläche aus
sichtbar sind.
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7 ist
eine Ansicht eines Bilds einer Verbindungsgrenzfläche zwischen
dem Presssitzanschluss und der Durchgangsöffnung, wenn eine Ni-Platierung
an der An schlussbasis vorhanden ist, beobachtet durch ein SIM (Scanning
Ion Microscope). In 7 liegt die Durchgangsöffnung am
Boden, worauf die Ni-Platierungsschicht und die Anschlussbasis in
dieser Reihenfolge von der Verbindungsgrenzfläche aus sichtbar sind.
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Nachfolgend
werden Beispiele der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert.
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(Beispiel 1)
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Eine
Ni-Platierung als Unterplatierungsschicht wurde auf ein Verbindungsteil
eines Presssitzanschlusses mit einer Legierung auf Kupferbasis als
Basismaterial aufgebracht und hierauf wurde eine Sn-Platierung mit
einer Dicke von 0,4 μm
aufgebracht. Dann wurde eine Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung
(von ungefähr 30
Sekunden) gemacht, so dass die maximale Endtemperatur unter den
Temperaturbedingungen gemäß 10 ca.
232°C wurde
und auf der Ni-Platierungsschicht wurde eine Sn-Ni-Legierungsschicht
gebildet.
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Dann
wurde eine Platierungsoberfläche
des Presssitzanschlusses nach der Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (dem Reflow-Prozess)
durch den SEM beobachtet. Das SEM-Bild ist in 4 gezeigt.
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Es
konnte aus dem SEM-Bild beobachtet werden, dass weiße Abschnitte 42 und
schwarze Abschnitte 44 gemischt sind. Die Prozentanteile
von Sn und Ni in den weißen
Abschnitten 42 und den schwarzen Abschnitten 44 wurden
durch AES (Auger Electron Spectroscopy) gemessen. Die Ergebnisse
hiervon sind in den 5A und 5B gezeigt.
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5A zeigt
Messergebnisse an den weißen
Abschnitten 42 in 4 und 5B zeigt
Messungsergebnisse an den schwarzen Abschnitten 44 in 4.
In den 5A und 5B gibt
die horizontale Achse eine Tiefe von einer Platierungsaußenfläche, erhalten
an einem Messpunkt an und die vertikale Achse gibt einen Atomprozentsatz
(%) des Sn-Elements und Ni-Elements an, erhalten am Messpunkt.
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Die
Linien 51 und 53 geben Werte des Sn-Prozentgehalts
und die Linien 52 und 54 geben Werte des Ni-Prozentgehalts
an. In einer Ellipse 55 ist eine Änderung des Sn-Prozentgehalts
in einer Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm in den weißen Abschnitten 42 gezeigt.
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Die
Linien 51 und 52 in 5A zeigen,
dass der Sn-Prozentgehalt ungefähr
40 % und der Ni-Prozentgehalt ungefähr 60 % konstant bei einer
Tiefe von 50 bis 300 nm beträgt,
woraus gesehen werden kann, dass eine Legierungsschicht aus Sn und
einem Unterplatierungsmetall Ni gleichförmig in diesem Bereich der
weißen
Abschnitte 42 in 4 gebildet
wurde. Im Vergleich zu dem obigen Bereich ist in einer Tiefe von
einigen wenigen bis 50 nm von der Platierungsaußenoberfläche her (in der Ellipse 55)
der Sn-Prozentgehalt höher
(50 % bis 60 % maximal) und der Ni-Prozentgehalt niedriger. Es sei
festzuhalten, dass ein Vergleich zwischen dem Durchmesser eines
Messstrahls bei der AES (Auger Electron Spectroscopy) und der Durchmesser
der weißen Abschnitte 42 in 4 zeigt,
dass der Durchmesser des Messstrahls größer ist und eine vollständige Messung alleine
der weißen
Abschnitte 42 nicht durchgeführt werden kann; folglich wird
in Betracht gezogen, dass ein tatsächlicher Sn-Prozentgehalt in einer Tiefe von einigen
wenigen bis 50 nm von der Platierungsaußenoberfläche her höher ist.
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Die
Linien 53 und 54 in 5B zeigen,
dass der Sn-Prozentgehalt in einer Tiefe von einigen wenigen bis
450 nm annähernd
konstant ist, woraus gesehen werden kann, dass eine Legierungsschicht
aus Sn und Ni gleichförmig
in einer Tiefe von einigen wenigen bis 450 nm gebildet wurde. Es
gibt keinen Teil, wo der Sn-Prozentgehalt im schwarzen Abschnitt 44 teilweise
hoch war.
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Folgende
Tabelle 1 zeigt Messergebnisse der Oberflächenhärte der weißen Abschnitte 42 (weicher Teil)
und des schwarzen Abschnittes 44 (harter Teil) in 4.
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Tabelle
1 zeigt auch Messergebnisse von Oberflächenhärten des weichen Teils und
des harten Teils, die in der Oberfläche der Abschlussbasis nach
Durchführung
des Reflow-Prozesses gemischt waren und wobei die Deckplatierungsschicht
aus Cu ist.
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Tabelle
2 zeigt Daten von Oberflächenhärten etc.
im Fall der Verwendung einer herkömmlichen Sn-Platierung. [Tabelle 1]
| Vickers-Härte (HV) |
Platierungsmetall | weicher
Teil | harter
Teil | insgesamt |
Ni | 92 | 1104 | 735 |
Cu | 92 | 828 | 552 |
[Tabelle 2]
Platierungstyp | Vickers-Härte (HV) |
Ni-Platierung | 510 |
herkömmliche
Sn-Platierung | 25 |
Cu-Platierung
in Öffnung | 104 |
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, war die Vickers-Härte der weißen Abschnitte 42 (weicher
Teil), wenn die Deckplatierungsschicht aus Ni ist, 92 HV, was wesentlich
niedriger als 1104 HV ist, also der Vickers-Härte des schwarzen Abschnittes 44 (harter
Teil), woraus gesehen werden kann, dass die weißen Abschnitte 42 und
der schwarze Abschnitt 44 ganz erhebliche Zusammensetzungsunterschiede
haben. Andererseits ist die Vickers-Härte der weißen Abschnitte 42 ziemlich
nahe an 25 HV, der Vickers-Härte
einer herkömmlichen
Sn-Platierung in Tabelle 2. Es kann somit festgehalten werden, dass
die Zusammensetzung der weißen
Abschnitte 42 ähnlich
zu reinem Sn ist und die weißen
Abschnitte 42 kaum legiert sind. Im Gegensatz hierzu ist
die Vickers-Härte
des schwarzen Abschnittes 44 erheblich höher als
die der Sn-Platierung
und ist höher
als bei der Ni-Platierung, woraus gesehen werden kann, dass eine
Legierung aus Sn und eines Unterplatierungsmetalls (Ni) durch Diffusion
gebildet wurde.
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Folglich
lässt sich
zeigen, dass die Legierungsschicht aus Sn und dem Unterplatierungsmetall
der Deckplatierungsschicht auf der Platierungsoberfläche des
Presssitzanschlusses in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildet wird und dass unlegiertes
Sn in einer Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von der Außenfläche der
Legierungsschicht her eingemischt ist.
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Ein
Vergleich zwischen 735 HV gemäß Tabelle
1, der Oberflächenhärte des
Presssitzverbindungsteils (der Oberflächenhärte insgesamt) wenn die Deckplatierungsschicht
aus Ni ist und 104 HV gemäß Tabelle
2, der Oberflächenhärte eines
Verbindungsteils der Cu-platierten Durchgangsöffnung, zeigt, dass die Oberflächenhärte des
Presssitzverbindungsteils höher
ist. Folglich ist es möglich,
zu verhindern, dass die Platierungsschicht an der Anschlussbasisoberfläche im Presssitzverbindungsteil
abgeschabt wird, wenn der Presssitzanschluss in die Cu-platierte
Durchgangsöffnung
der Platine eingeführt
wird.
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Zusätzlich und
wie in Tabelle 1 gezeigt, war, wenn die Deckplatierungsschicht aus
Cu ist, wo der weiche Teil und der harte Teil an der Anschlussbasisoberfläche nach
dem Reflow-Prozess nach dem Platieren gemischt waren, die Vickers-Härte des
weichen Teils 92 HV und diejenige des harten Teils 828 HV. Wie im
Fall von Ni sind der weiche Teil und der harte Teil an der Anschlussbasisoberfläche in der
Zusammensetzung erheblich unterschiedlich und die Härte des
weichen Teils liegt ziemlich nahe bei 25 HV, der Härte einer
herkömmlichen
Sn-Platierung gemäß Tabelle
2; damit kann festgehalten werden, dass die Zusammensetzung des weichen
Teils nahe reinem Sn ist und der weiche Teil kaum legiert ist.
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Wie
im Fall von Ni zeigt ein Vergleich zwischen 552 HV von Tabelle 1,
also der Oberflächenhärte des Presssitzverbindungsteils
(der Oberflächenhärte insgesamt),
wenn die Deckplatierungsschicht aus Cu ist und 104 HV gemäß Tabelle
2, der Oberflächenhärte des
Verbindungsteils der Cu-platierten Durchgangsöffnung, dass die Oberflächenhärte des
Presssitzverbindungsteils höher
ist. Folglich ist es möglich,
zu verhindern, dass die Platierungsschicht an der Anschlussbasis
im Presssitzverbindungsteil abgeschabt wird, wenn der Presssitzanschluss
in die Cu-platierte Durchgangsöffnung
der Platine eingeführt
wird.
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(Beispiele 2 und 3)
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Ähnlich zu
Beispiel 1 wurde ein Unterplatierung eines Ni-Metalls an Verbindungsteilen
von Presssitzanschlüssen
mit einer Legierung auf Kupferbasis als Basismaterial ausgebildet
und eine Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,2 μm bzw. eine Sn-Platierung mit
einer Dicke von 0,7 μm
wurden aufgebracht. Dann wurde eine Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (für ungefähr 30 Sekunden)
durchgeführt,
so dass die maximale Endtemperatur ca. 232° betrug und Sn-Ni-Legierungsschichten
wurden auf den Ni-Platierungsschichten gebildet. Platierungsoberflächen der
Anschlüsse
wurden durch SEM untersucht und es ließ sich feststellen, dass ähnlich wie
im Beispiel 1 unlegiertes Sn in den Außenschichten der Sn-Ni-Legierungsschichten
eingemischt war.
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(Vergleichsbeispiel 1)
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Ähnlich zum
Beispiel 1 wurde eine Unterplatierung eines Ni-Metalls an einem
Verbindungsteil eines Presssitzanschlusses mit einer Legierung auf
Kupfer-Zink-Basis
als Basismaterial ausgebildet und eine Sn-Platierung mit einer Dicke
von 0,8 μm
wurde hierauf angebracht. Dann wurde eine Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (von ungefähr 30 Sekunden)
gemacht, so dass die maximale Endtemperatur ca. 232°C betrug
und eine Sn-Ni-Legierungsschicht wurde auf der Ni-Platierungsschicht gebildet.
Eine Platierungsoberfläche
des Anschlusses wurde mit SEM untersucht und es ließ sich beobachten,
dass unlegiertes Sn nicht in die Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht
eingemischt war.
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Die
Presssitzanschlüsse,
die der Platierung durch die Verfahren gemäß der Beispiele 1 bis 3 und
Vergleichsbeispiel 1 unterworfen wurden, wurden jeweils im Presssitz
in Cu-platierte Durchgangsöffnungen
einer Platine eingeführt,
wobei die Ergebnisse hiervon in Tabelle 3 gezeigt sind. [Tabelle 3]
| Platierungsdicke
in μm | Inselbildung | Abschaben
der Platierung |
Beispiel
1 | 0,4 | beobachtet | nicht
beobachtet |
Beispiel
2 | 0,2 | beobachtet | nicht
beobachtet |
Beispiel
3 | 0,7 | beobachtet | nicht
beobachtet |
Vergleichsbeispiel
1 | 0,8 | nicht
beobachtet | beobachtet |
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In
den Beispielen 1 bis 3 wurde in der Platierungsoberfläche des
Presssitzanschlusses nach der Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (dem Reflow-Prozess)
beobachtet, dass unlegiertes Sn in die Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht
eingemischt war, wie in 4 gezeigt.
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Wenn
die Presssitzanschlüsse
der Beispiele 1 bis 3 in die Cu-platierten Durchgangsöffnungen
der Platine eingepresst wurden, wurden die Platierungsschichten
nicht abgeschabt. Im Gegensatz hierzu wurde beim Presssitzanschluss
von Vergleichsbeispiel 1 (dem herkömmlichen Sn-Platierungsverfahren),
wo die Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,8 μm vorhanden war, beobachtet,
dass unlegiertes Sn nicht in die Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht
eingemischt war und die Platierungsschicht wurde abgeschabt.
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Es
kann festgehalten werden, dass das Abschaben der Platierungsschicht
in den Beispielen 1 bis 3 nicht auftrat, da die Legierungsschicht
aus Sn und dem Unterplatierungsmetall (Ni) der Deckplatierungsschicht auf
der Unterplatierungsschicht (Ni-Platierungsschicht) gebildet wurde
und unlegiertes Sn in die Außenschicht der
Legierungsschicht eingemischt war, so dass die Legierungsschicht
mit einer extrem hohen Oberflächenhärte (1104
HV) den weichen Teil (Teil des unlegiertes Sn mit einer Oberflächenhärte von
92 HV) vor der Kraft schützte,
die erzeugt wurde, wenn der Presssitzanschluss in die Cu-platierte
Durchgangsöffnung
im Presssitz eingeführt
wurde und die Oberflächenhärte des
Presssitzanschlusses insgesamt (735 HV) überstieg die Oberflächenhärte der
Cu-platierten Durchgangsöffnung
(104 HV).
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Im
Gegensatz hierzu wurde im Vergleichsbeispiel 1, ähnlich wie bei einem herkömmlichen
Sn-Platierungsverfahren, beobachtet, dass unlegiertes Sn nicht in
die Sn-Ni-Legierungsschicht eingemischt war und ein Abschaben auftrat,
da die Oberflächenhärte gleich
wie bei einer herkömmlichen
Sn-Platierung war (25 HV).
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Um
die Verbindungszuverlässigkeit
zwischen einem Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung und der Durchgangsöffnung
der Platine zu ermitteln, wurde eine Verbindungsgrenzfläche, wo
die Verbindung stattfand, beobachtet und Verbindungseigenschaften
(Änderungen
des Kontaktwiderstandswertes) in einer heißen Umgebung wurden untersucht.
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(Beispiel 4)
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Eine
Ni-Platierung und eine Cu-Platierung als Unterplatierungsschicht
wurden in dieser Reihenfolge auf ein Verbindungsteil eines Presssitzanschlusses
mit einer Legierung auf Kupferbasis als Basismaterial aufgebracht
und eine Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,4 μm wurde hieran aufgebracht.
Dann wurde eine Erwärmungs/Abkühlbehandlung
(von ungefähr
30 Sekunden) so durchgeführt,
dass die maximale Endtemperatur ca. 232°C betrug und eine Sn-Cu-Legierungsschicht
wurde auf der Cu-Platierungsschicht gebildet.
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Der
Presssitzanschluss wurde in eine Cu-platierte Durchgangsöffnung der
Platine im Presssitz eingeführt
und hiermit verbunden und die Verbindungsgrenzfläche wurde durch SIM (Scanning
Ion Microscope) untersucht. Um die Verbindungseigenschaften in einer
heißen
Umgebung zu testen, wurden der Presssitzanschluss und die Platine
im Verbindungszustand für
1000 Stunden bei einer Temperatur von 125°C gehalten und Änderungen
im Kontaktwiderstand über
die Zeit hinweg wurden gemessen.
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(Vergleichsbeispiel 2)
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Ein
Presssitzanschluss, in dem nur eine Ni-Platierung an einem Verbindungsteil
hiervon mit einer Legierung auf Kupferbasis als Basismaterial aufgebracht
war, wurde im Presssitz in eine Cu-platierte Durchgangsöffnung der
Platine eingeführt
und hier mit verbunden und die Verbindungsgrenzfläche wurde durch SIM beobachtet.
Zusätzlich
wurden, um die Verbindungseigenschaften in einer heißen Umgebung
zu testen, der Presssitzanschluss und die Platine im Verbindungszustand
für 500
Stunden bei 105°C
gehalten und eine Änderung
im Kontaktwiderstand über
die Zeit hinweg wurde gemessen.
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Die 6 und 7 zeigen
SIM-Bilder an den Verbindungsgrenzflächen von Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel
2 und die 8 und 9 zeigen
Ergebnisse der Verbindungseigenschaften in einer heißen Umgebung
von Beispiel 4 bzw. Vergleichsbeispiel 2.
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Die
Verbindungsgrenzfläche
zwischen dem Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung und der Durchgangsöffnung
(Beispiel 4) war in vorteilhaftem Anhaftungszustand, wie in 6 gezeigt,
und Luftdichtigkeit wurde ohne Zwischenräume beibehalten. Im Ergebnis
trat eine Verschlechterung durch Oxidation der Platierung an der
Verbindungsgrenzfläche
auch in einer heißen
Umgebung nicht auf; daher erhöhte
sich der Kontaktwiderstand über
die Zeit hinweg nicht, wie in 8 gezeigt
und stabile und vorteilhafte Verbindungseigenschaften zeigten sich.
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Im
Gegensatz hierzu wurden an der Verbindungsgrenzfläche zwischen
dem Presssitzanschluss mit lediglich der Ni-Platierung und der Durchgangsöffnung (Vergleichsbeispiel
2) Spalte an der Verbindungsgrenzfläche beobachtet, wie in 7 gezeigt
und Luftdichtigkeit wurde nicht erhalten. Eine Änderung des Kontaktwiderstandes
in einer heißen
Umgebung ergab sich aus einem derartigen Zustand, wodurch gezeigt
wurde, dass der Kontaktwiderstand zum Ansteigen über die Zeit hinweg neigte,
wie in 9 gezeigt und diese Änderung war insbesondere dominant,
wenn die Kontaktlast unter 50N lag, so dass die Verbindungszuverlässigkeit niedrig
war.
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Insoweit
zusammenfassend löst
ein Presssitzanschluss in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung die Probleme von Presssitzanschlüssen, die
nach dem herkömmlichen
Verfahren Sn-platiert sind und Kurzschlüsse, Fehlfunktionen oder dergleichen
im Schaltkreis zeigen, da die Sn-Platierungsschicht des Presssitzanschlusses
von der Kante der Durchgangsöffnung
abgeschabt wird, so dass abgeschabte Partikel erzeugt werden, wenn
der Anschluss im Presssitz in die Durchgangsöffnung eingeführt wird.
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Zusätzlich ergibt
sich im Fall eines Wechsels im Platierungsmetall auf Ni um ein Abschaben
der Platierungsschicht zu verhindern das Problem, dass die Verbindungszuverlässigkeit
sinkt; dieses Problem wird jedoch durch den Presssitzanschluss in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls gelöst, wie oben dargelegt.
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Die
voranstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
beabsichtigt nicht, erschöpfend
oder die Erfindung auf die konkret dargestellte Form beschränkend zu
sein und Modifikationen und Abwandlungen sind im Lichte der obigen
Lehre möglich
oder können
durch Umsetzen der Erfindung in die Praxis herausgefunden werden.
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Beispielsweise
wurden in den obigen Beispielen ein Presssitzanschluss mit einer
Unterplatierungsschicht enthaltend eine Platierungsschicht mit einem
Platierungsmetall Cu, ein Presssitzanschluss mit einer Unterplatierungsschicht,
enthaltend zwei Platierungsschichten, von denen die Platierungsmetalle
Cu und Ni von der Oberfläche
einer Anschlussbasis aus gesehen sind und ein Presssitzanschluss
mit einer Unterplatierungsschicht, enthaltend drei Platierungsschichten,
von denen die Platierungsmetalle Cu, Ni und Cu von einer Oberfläche einer
Anschlussbasis aus gesehen sind, nicht konkret beschrieben; es versteht
sich jedoch ohne Weiteres, dass die vorliegende Erfindung auch hierauf
anwendbar ist, da es wesentlich ist, dass eine Sn-Platierungsschicht
mit einer Dicke von 0,1 bis 0,7 μm
gemacht wird, eine Legierungsschicht aus einem Unterplatierungsmetall
der Deckplatierungsschicht und Sn durch einen Reflow-Prozess gebildet
wird und unlegiertes Sn in eine Außenschicht der Legierungsschicht
eingemischt ist.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Der
Presssitzanschluss in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit Verdrahtungsplatinen
bei der elektrischen Verdrahtung in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen
verwendet werden und er kann auch als Verbindungsanschluss verwendet
werden, der ausgezeichnete Verbindungszuverlässigkeit auch unter extremen
Bedingungen sicherstellt, beispielsweise hohen Temperaturen und
starken Vibrationen bei der Anwendung im Kraftfahrzeugbau.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Geschaffen
wird ein Presssitzanschluss mit ausgezeichneter Verbindungszuverlässigkeit,
wobei eine Platierungsoberfläche
nicht abgeschabt wird, wenn ein Presssitzeingriff mit einer Durchgangsöffnung in
einer Platine erfolgt. Eine Herstellung des Presssitzanschlusses
zum Einführen
in die leitfähige
Durchgangsöffnung (14)
der Platine (13) umfasst die Schritte des Ausbildens einer
Unterplatierungsschicht einschließlich einer oder mehrerer Platierungsschichten
auf einer Oberfläche
eines Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses,
der in elektrischen Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt, das Ausbilden
einer Sn-Platierungsschicht
auf der Deckplatierungsschicht und nach dem Schritt des Ausbildens
der Sn-Platierungsschicht das Durchführen eines Reflow-Prozesses
in Form einer Wärmebehandlung,
um eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall
der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht auszubilden,
sowie unlegiertes Sn in eine Außenschicht
der Legierungsschicht einzumischen.