DE1627510A1

DE1627510A1 - Draht fuer Loetverbindung und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1627510A1
Application number: DE19671627510
Authority: DE
Inventors: Raciti Joseph Albert
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-08-29
Filing date: 1967-07-01
Publication date: 1971-01-07
Also published as: GB1193112A; US3500538A

Description

Anmelder: General Electric Company, Schenectady, New York, N.Y.,USA

- Draht für Lötverbindung und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft elektrische Verbindungen, insbesondere einen Draht zur Ausbildung einer elektrischen Lötverbindung sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung»

Gedruckte Schaltungsplatten werden gegenwärtig in großem Umfang in der Elektronik verwendet, und zwar als einzelne Platten mit mehreren darauf montierten elektrischen Bauteilen sowie in Kombination mit anderen gedruckten Sohaltungsplatten, um gedruckte Sx3haltungsmodule zu ergeben. Bei der Herstellung derartiger Anordnungen von gedruckten Schaltungsplatten werden Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren oder Festkörperbauelemente gewöhnlich mechanisch auf der gedruckten Schaltungsplatte angeordnet und dann

manuell oder automatisch entweder durch Wellen- oder Tauchlötung verlötet. Das geschmolzene Lot wird gewöhnlich auf der Schaltungsseite der gedruckten Schaltungsplatte aufgetragen, um dort ausgebildete metallisierte Flächen mit den Zuleitungen zu den elektrischen Bauteilen zu verlöten. Die Zuverlässigkeit derartiger Lötverbindungen ist jedoch oft unzureichend, wenn Übliohe glatte elektrische ZuleituSg^ir-ve.rwendet werden. Die Lötverbindungen neigen nämlich dazu, daß das Lot wegen Verunreinigungen oder "ungenügenden

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Pließena nioht am leiter haftet, so daß der elektrische Kontakt ,stellenweise unterbrochen wird, und zu Störungen beim Betrieb

der Schaltung führt, !ferner ist ein Verlöten manchmal auf beiden

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Seiten einer gedruckten Schalungsplatte erforderlich, wenn eine doppelseitige Platte verwendet wird. Doppelseitige Platten haben normalerweise plattierte durchgehende Löcher. Wenn aber Ubliohe Zuleitungen im Zusammenhang mit Wellen- oder Tauchlöten verwendet werden, sind, zuverlässige Zwischenflächenverbindungen zwischen der elektrischen Zuleitung und dem plattierten durchgehenden loch bisher nioht erreicht worden« Saher ist für diese gedruckten Sohaltungsplatten eine gewisse Verlötung von Hand erfordern oh*

Weger der großen Einsparung von Herstellungskosten durch die Verwendung gedruckter Schaltungsplatten und dem massenweisen Verlöten sind bereits verschieden» Versuche unternommen worden, die Lotzuverlässigkeit einer derartigen elektrischen Verbindung zu erhöhen, um damit die Zuverlässigkeit der gedruckten Sohaltungsplatte zu erhöhen.

Diese Versuche können als Abänderung der Durchgangslöcher . durch Verwendung von Ösen, Einsätzen oder Plättierungen beschrieben werden, die besonders geformt sind, um eine Kapillarwirkung hervorzurufen, wenn das geschmolzene Lot aufgetragen wird, um dadurch das .XSt durch die öse zu ziehen und den Kontakt zu verbessern. Heben diesen erwähnten Schwierigkeiten führt der Einsatz der Ösen zu Elementen alt normalerweise unterschiedlichon Wärmeausdehnungskoeffizienten, so daß dadurch die Festigkeit der Mtverbindung beeinträchtigt wird« >

Bei einem anderen Verfahren werden die Zuleitungen der Bauelemente oder die elektrischen leiter, die im folgenden allgemein Drähte genannt werden sollen, abgeflacht und ange-

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spitzt, um eine Kapillarwirkung hervorzurufen, wenn sie durch, eine öffnung eingesetzt sind. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die relativen Abmessungen des Drahts und der öffnung kritisch sindι wenn eine Kapillarwirkung hervorgerufen werden soll. Wenn daher mehrere verschiedene Öffnungsgrößen vorhanden sindι muß jeder Draht für die entsprechende öffnung besonders dimensioniert sein. Eine derartige Ausbildung kann daher sehr teuer sein, besonders wenn verschiedene öffnungsgrößen vorhanden sind, so daß keine Standardisierung erreioht werden kann· Obwohl die bekannten Maßnahmen wie beschrieben zu einer gewissen Verbesserung geführt haben, haben eic (andererseits zusätzliche Kosten oder nachteilige Hebeneffekte verursacht.

Obwohl einige der oben beschriebenen Verfahren iom älteren' Stand der !Technik angepaßt sind, hat die erwähnte Verwendung von mehrschichtigen gedruckten Sohaltungsplatten und integrierten Schaltungen das Bedürfnis für eine zwangsläufig arbeitende Einrichtung erhöht, die das Lot zwingt, während einee Lötvorgangs durch die ganze Anordnung zu fließen. Es ist ersiehtIioh, daß der Wert der bekannten Verfahren für die gegenwärtig in Angriff genommene Verwendung von mehrschichtigen Schaltungsplatten in Zusammenhang mit integrierten Schaltungen oder anderen neuesten elektronischen Anordnungen gering ist.

Sie erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile werden im wesentlichen dadurch überwunden, daß gemäß der Erfindung eine Anzahl von Längsnuten auf dem Umfang des Drahts ausgebildet wird, so daß die Nuten Kapillarröhrchen bilden. Genutete •Drähte, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind, können dann durch die Öffnung einer gedruckten Schaltungsplatte eingesetzt werden. Vfenn Lot auf der Schaltungsseite der gedruckten Schaltungsplatte aufgetragen wird, fließt das Lot durch die von den

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Nuten hervorgerufene Kapillarwirkung auf dem Draht entlang und .durch die öffnung, um vollständig den Draht mit den metallisierten gedruckten Oberflächen auf der gedruckten Schaltungsplatte zu verlöten.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Verfahren, durch das die Leiter gemäß der Erfindung hergestellt werden können;

Fig· 2 in größerem Maßstab einen gemäß der Erfindung hergestellten Leiter;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2; '

Fig. 4 eine gedruckte Schaltungsplatte mit einer Lötverbindung, die einen Draht gemäß der Erfindung verwendet; Fig.. 5 einen Schnitt. entlang der Linie 5-5 von Fig. 4-; ,

Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Lötverbindung mit einem Draht gemäß der Erfindung; und

Fig. 7-9 andere Anordnungen von elektronischen Bauelementen, bei denen die Erfindung besonders vorteilhaft ist.

Fig. 1 zeigt, wie ein Verfahren zur Herstellung von elektrische. Bauelementen gemäß der Erfindung abgeändert werden kann. Normalerweise wird ein Draht 10 von einer Vorratsrolle 11 abgewickelt und durch einen Drahtstrecker 12 geführt, um den Draht vollkommen glatt zu machen.. Im allgemeinen läuft dann der gestreckte Draht 10a durch einen Abschneider 13, der den gestreckten Draht 10a in mehrere Drahtstücke 10b von geeigneter Länge unterteilt, um an einen elektrischen Bauelement wie einem Widerstand, Kondensator oder Festkörperbauelement oder einer integrierten Schaltung, Ilikro- *modul, oder einer anderen elektronischen Anordnung befestigt-zu werden.

Elektrische Drähte gemäß der Erfindung v/erden durch Anordnung eines Ji::trusic:ißnund3tüci:s 14 zwischen dem Drahtstrecker 12 und

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dem Abschneider 15 hergestellt. Wenn der Draht durch das SXtrusionsinundstück 14 "bewegt wird, werden mehrere längsnuten auf dem Umfang des Drahts 10a ausgebildet, so daß ein genuteter Draht 10c in den Abschneider 13 eintritt.

Ein Teil dieses Drahts 10b gemäß der Erfindung ist vergrößert in i?ig. 2 und 3 abgebildet, so daß die einzelnen Nuten 15 dujetlicher sichtbar sind. Obwohl der Nutenquerschnitt relativ unwichtig zu sein scheint, ist die beste Kapillarwirkung mit Nuttiefen von (2,5-12,5)· 10 mm (1-5 mil) erhalten w'orden. Der genaue Nut querschnitt ist also nicht wiöhtig. Obwohl jede Nut für sich eine Kapillarwirkung erzeugt, so daß eine beliebige Anzahl von Nuten in dem Draht ausgebildet werden kann, ist es im allgemeinen wünschenswert, so viel Nuten wie möglich zu erzeugen«. Die Anzahl der Nuten hängt natürlich von ihrem Querschnitt und ihrer Tiefe sowie dem Drahtdurchmesser ab.

Es ist erkannt worden, daß durch Herstellung dieser längsnuten auf dem Umfang eines Drahts zwei miteinander gekoppelte Vorteile erhalten werden, da die Nuten die für einen Draht ge- · gebenen Durchmessers erhaltene Lotfläche vergrößern. Erstens wird durch die Nuten die Kapillarwirkung hervorgerufene Es ist erkannt worden, daß ein gemäß der Erfindung geformtes Ende eines Drahts bei Kontaktnahme mit dem geschmolzenen lot in den Nuten das lot ein beträchtliches Stück hochzieht. Zweitens wird die Fläche, an der das lot anhaften kann, so vergrößert, daß die lötverbindung sowohl in mechanischer als auch in elektrischer 'Hinsicht besser ist_o '

- I¹Xg₀ 4 und 5 zeigen eine Verbindung mit einer gedruckten Schaltungsplatte, in der eine Öffnung durch einen Isolierabschnitt 20"mit einer metallisierten Oberfläche ausgekleidet ist, die ·

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hergestellt wird, wenn die leiterflächen der gedruckten Schaltungspla;t-fe auf dem Isolierabschnitt 20 erzeugt werden. Die ■ Nuten 15 4^es Deiters 10b gewährleisten, daß das Lot im wesentlichen die ganze Umfangafläche des Drahts und den Teil 22 der metallisierten Oberfläche berührt. Bs ist ferner erkannt worden, daß, wenn ein Draht" gemäß der Erfindung durch eine öffnung einer gedruckten Schaltungsplatte verläuft und einer lotwelle ausgesetzt wird, genügend lot durch die Nuten 15 nach oben fließt, um ein Übergangsstück an der Oberseite der gedruckten Sohaltungsplatte 20 zusätzlich zu einem Übergangsstück an der Unterseite auszubilden. Wie ferner aus Pig. 5 ersichtlich ist, fließt das Lot auch auf einem größeren Teil des Drahts 10b in dessen Längsrichtung nach oben. Ein derartiges Wellenlöten ist schematisch in Fig. 5 abgebildet und mit dem Bezugszeichen 24 versehen, wobei die gedruckte Schaltungsplatte sich in Pfeilrichtung bewegt.

Fig. 6 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem ein elektrisches Bauelement 25 eine elektrische Zuleitung 26 aus einem Draht gemäß der Erfindung hat. Bei diesem Ausführungsbeispiel iat ein metallisierter Teil 27 nur an der Unterseite der gedruckten Sohaltungsplatte 20 vorhanden. Wenn diese jedoch dem geschmolzenen Lot ausgesetzt ist, wird das Lot durch die Nuten 15 nach oben gezogen, so daß es ein Übergangsstück mit dem metallisierten Teil 27 bildet.

Bs ist ersichtlich, daß durch Herstellung eines Drahts gemäß der Erfindung eine bessere Lötverbindung erhalten wird. Wie bereits erwähnt, entstehen durch die Herstellung derartiger Drähte nur geringe zusätzliche Kosten, wenn die Nuten in einer normalen.· Taktstraße ohne Unterbrechung geformt werden. Es sind ferner keine überflüssigen Elemente vorhanden, so daß die Schwierigkeiten bei den bekannten Verfahren überwunden werden, die durch: <las

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setzen von verschiedenen Elementen mit verschiedenem Wärmeaus·* dehnungskoeffizient hervorgerufenweräen. Da die Nuten 8 elbst die Kapillarwege darstellen, ist die Dimensionierung der Teile im wesentlichen nicht kritisch, so daß eine Standardisierung möglieh ist* Wenn ferner die Rippen zwischen den Hüten als Abstandsstücke wirken, kann eine vollständigere Verlötung des Drahts erreicht werden.

Obwohl die Erfindung in erster Linie anhand von Verbindungen mit gedruckten Schaltungsplatten beschrieben v/orden ist, ist die Erfindungddarauf nicht beschränkt. Die vorteilhafte Kapillarwirkung, die zu einer besseren Verlötbarkeit Uw größerer Drahtoberfläche infolge der Längsnuten führt, kann auch bei anderen Lötvorgängen ausgenutzt werden, um die Lötverbindung ar zu verbessern (vgl. Fig. 7-9)·

In Fig. 7 hat ein Endteil einer gedruckten Schaltungsplatte 30 mehrere Leiterflächen 31 auf seiner Oberseite. Sin Anschlußblock 32 hat mehrere Zuleitungen 33, die gemäß der Erfindung hergestellt sind. Die Zuleitungen 33 sind so verteilt, daß sie sich mit mehreren Einschnitten 34 am Ende der gedruckten Schaltungsplatte 30 decken. Die Einschnitte haben Leiterflächen 31» die

mit
Burchgangslöehern35 beispielsweise verbunden sind. Da die durch die Leiter gemäß der Erfindung hervorgerufene Kapillarwirkung im wesentlichen von den Nuten der Leiter abhängt, ist es ersichtlich, daß bei diesem Ausführungsbeispiel Lot entlang der Nuten fließt, um eine gute Lötverbindung mit den Leiterflächen 31 und anderen Leiterflachen zu bilden, die auf der entgegengesetzten Seite der gedruckten Schaltungsplatte vorhanden sein können.

Fig. 8 zeigt die Anwendung der Erfindung bei mehrschichtigen

Platten und Mikrosodulen. Ein Mikromodul 40 ist mit mehreren ge-

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druckten Schaltungsplatten 41-45 verbunden. Ein Durchgangslo cn 4-6 -verläuft durch. 3ede der gedruckten Schaltungsplatten 41-45 und hat Xe it er we ge 47 und eine Durchgangslo chplattierung 50. Wenn das Iiot auf der gedruckten Schaltungsplatte 45 aufgetragen wird, dann "bewirkt die durch die Zuleitung 51 hervorgerufene Kapillarwirkung, daß das Lot den Leiter 51 nach oben fließt und ein Über- ' gangsstück 52 auf der Oberseite des Leiterwegs 46 auf der gedruckten Schaltungsplatte 41 herstellt.

In Pig. 9 ist ein Zwischenstück abgebildet, das für mehrschichtige Platten vorgesehen ist, um die Verbindung eines Mikromoduls oder einer ähnlichen Einrichtung mit mehreren in anderer Weise standardisierten Schaltungen zu erlauben. Das Zwischenstück 54 hat mehrere durch sich verlaufende Leiter 55 gemäß der Erfindung. Normalerweise werden die Leiter 55 durch die mehrschichtige Sohaltungsplatte ähnlich wie in Pig. 8 geführt. Die unteren !eile werden dann verlötet. Durch die von den Nuten in den Leitern 55 hervorgerufene Kapillarwirkung wird das Lot durch die mehrschichtige Schaltungsplatte nach oben transportiert, um jeden leiter 55 damit zu verlöten. Ferner wird durch die Kapillarwirkung ein Teil des Lots entlang den Leitern 55 nach oben transportiert, so daß die oberen Teile 57 über der Zwischenstückplatte 54 verzinnt werden. Das Verzinnen in dieser Weise erleichtert das Verlöten eines Mikromoduls mit den Leitern 55 beträchtlich, da dann nur noch die Drahtzuleitungen von Mikromodul um jeden Leiter 55 zu wickeln und anschließend V/arme auszusetzen sind.

Patentansprüche

I f. M Γ ! 'J ' (■' .7

Claims

28. Juni 1967 EH/Sm Unsere JUrfce: 1899 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Drahts, der mit einer_: Halterung verlötet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere kapillare längsnuten (15) auf dem Umfang des Drahts (10) hergestellt werden (Pig. 1,2,3)·

2. Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen einer Bauelementzuleitung und einer Halterung, "bei dem die Bauelementzuleitung auf der Halterung angeordnet wird sowie der Zuleitung und der Halterung ein geschmolzenes Lot zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelementzuleitung (26) mehrere Längsnuten (15) auf ihrem Umfang hat, die· eine Kapillarwirkung hervorrufen (Pig. 6).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (15) mit einer Tiefe von (2,5-12,5/· 10 mm (l-5mil) extrudiert werden.

4. Elektrisches Bauelement, das durch einen an dem Bauelement befestigten Draht verlötet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (26) mehrere Längsnuten (15) auf seinem Umfang hat, und daß die Längsnuten mehrere Kapillarkanäle darstellen, damit das Lot besser auf dem Draht entlangfließt (Pig. 6).

5. Elektrische Schaltung mit einem elektrischen Bauelement und mit einer Halterung für das Bauelement, die eine verlötbare metallisiert Oberfläche hat, und mit einem das Bauelement mit der Halterung verbindenden Leiterdraht, dadurch ^ekennzeich-

o ο η β η :> ι ο 5 61 ^copY

.η. β t , daß der Draht mehrere Länganuten auf seinem. Umfang hat, und daß¹ die Nuten Kapillarkanäle bilden, so daß das Lot auf

M .

einem größeren Stück des !Drahts und auf die metallisierte Oberfläche fließt, so daß eine Lötverbindung zwischen dem Leiterdraht und der metallisierten Oberfläche hergestellt wird

β Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte Oberfläche (27) auf der Halterung (20) auf einer entgegengesetzt zu dem elektrischen Bauelement (25) liegenden fläche ausgebildet ist, und daß ein Lotübergangsstück zwischen dem Leiterdraht (26) und der metallisierten Oberfläche vorhanden ist (?ig.

6).

7. Elektrische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Halterung eine gedruckte Schaltungsplatte (4-1-45) mit den metallisierten Oberflächen und einer

(46)
Durohgangsöffnimg/TsT;, die einen metallisierten Durchgan^steil

(50) und metallisierte Taile (47) in der Nähe der öffnung an entgegengesetzten planeren Oberflächen der Platte hat, und daß . daa Lot den Draht (51) mit allen metallisierten Oberflächen verbindet und Übergangsstücke (52) zwischen dem Draht und den metallisierten Oberflächen auf beiden planaren !eilen bildet (iig.a).

8· Elektrisches Bauelement nach Anspruch 4 oder elektrische Schaltung naah einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeioh net, daß die Nuten eine Tiefe von(2,5 - 12,5)* 10 mm (1 -5 mil) haben.

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