DE3629864A1 - Vorrichtung und verfahren zum schweissen von draehten geringer dicke - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zum schweissen von draehten geringer dickeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betriff eine Vorrichtung zum
Schweißen von Drähten geringer Dicke gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Schweißen von Drähten
geringer Dicke unter Verwendung einer derartigen Vorrich
tung.
Drähte geringer Dicke werden herkömmlicherweise geschweißt
oder mit solchen Verfahren wie Widerstandsschweißen oder
Löten befestigt. Das Widerstands-Schweißverfahren bringt
jedoch Schwierigkeiten mit sich, und zwar einmal in bezug
auf das Einführen von Elektroden an den gewünschten Stellen
innerhalb des beschränkten Raumes einer elektronischen
Vorrichtung, welche im allgemeinen eine hohe Packungsdichte
aufweist, und zum anderen in bezug auf die Gefahr, daß
Spritzer, die während des Schweißens erzeugt werden, Kurz
schlüsse in den elektronischen Schaltungen bewirken. Das
Widerstandschweißverfahren ist deshalb ein ungeeignetes
Verfahren, um Drähte geringer Dicke, welche an Teilen von
elektronischen Vorrichtungen befestigt werden müssen, anzu
schweißen. Auf der anderen Seite kann das Lötverfahren, da
es den Verfahrensschritt des Erhitzens der gesamten elek
tronischen Schaltung auf eine Temperatur, die für das
Löten geeignet ist, oder das lokale Erhitzen derselben mit
einen Lötkolben erfordert, die elektrische Schaltung insge
samt durch die Wärme beeinträchtigen; darüber hinaus ist
diese Methode ungeeignet für die Massenproduktion. Unter
Berücksichtigung dieser Nachteile, wird es zunehmend als
vorteilhaft empfunden, mit Verfahren zu schweißen, welche
die Verwendung eines Elektronenstrahles oder eines Laser
strahles vorsehen, da diese das Schweißen von Drähten ge
ringer Dicke bewirken können, ohne einen direkten Kontakt
mit den Schaltungen herzustellen, d. h. ohne daß die
Schaltungen durch Hitze beeinträchtigt werden, während sie
gleichzeitig eine hohe Energiedichte bieten. Aber selbst
bei diesen, nicht-direkten Kontaktverfahren, welche Elek
tronenstrahlen und Laserstrahlen verwenden, sind einige
Probleme erkannt worden. Wenn diese Strahlen z. B. auf einen
Draht geringer Dicke gerichtet werden, kann der geschmol
zene Teil des Drahtes infolge der Oberflächenspannung
schrumpfen und es bilden sich dann Vertiefungen in dem
Draht, welche zu einer Verminderung der Festigkeit des
Drahtes in einem großen Ausmaß führen, und manchmal sogar
zu einem Bruch desselben, wenn die Kupplung gewisse Profile
aufweist. In bezug auf die Notwendigkeit, sauber ge
schweißte Drähte in zuverlässiger Weise zu erhalten, ver
sagen diese Verfahren.
Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, ist vorge
schlagen worden, eine Nut zu bilden, deren Tiefe größer ist
als der Durchmesser des Drahtes geringer Dicke, welcher an
dem äußeren Umfang des Elementes, das mit dem Draht zu
verbinden ist, angeschweißt werden soll, und den Draht
dann in diese Nut einzuführen, so daß er geschweißt
werden kann, wie dies in der japanischen Patentveröffent
lichung Nr. 8178/1979 mit dem Titel "VERFAHREN ZUM
SCHWEIßEN VON DRÄHTEN GERINGER DICKE", die am 13. April
1979 veröffentlicht wurde, offenbart ist. Dieses Verfahren
leidet jedoch an folgenden Problemen: In der Praxis ist es
nämlich schwierig, den Draht in die Nut einzuführen, wenn
der Draht einen Durchmesser hat, welcher sich in der
Größenordnung von einigen 10 Mikrometern bewegt. Weiterhin
ist es schwierig, die Drähte in den notwendigen Positionen
festzuhalten, wenn sie verarbeitet werden, oder wenn es
gewünscht ist, sie automatisch zu verarbeiten. Ein weiteres
Verfahren, welches die Verfahrensschritte beinhaltet, zu
nächst die Position der Drähte festzulegen und Vorsprünge
zu bilden, um das Brechen durch ein Auftrageverfahren
(deposition method) zu verhindern, wurde in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 27414/1976 veröffentlicht,
welche mit "SCHWEIßVERFAHREN FÜR DRÄHTE GERINGER DICKE"
betitelt ist und welches am 12. August 1976 veröffentlicht
wurde. Wenn der Draht, welcher mit diesem Verfahren ver
schweißt werden soll, jedoch einen relativ großen Durch
messer hat, muß die Höhe der Vorsprünge entsprechend erhöht
werden, wodurch eine lange Zeit für die Bildung solcher
Vorsprünge durch Auftragen benötigt wird, was zu einer
geringen Produktivität führt.
Wie vorstehend beschrieben, ziehen die beiden zuletzt er
wähnten, im Stand der Technik bekannten Verfahren, nicht
genügend Nutzen aus dem Potential der Anwendung von Elek
tronenstrahlen oder Laserstrahlen und ihre Probleme bleiben
ungelöst.
Die vorliegende Erfindung stellt sich demgemäß die Aufgabe,
eine Vorrichtung zum Schweißen von Drähten geringer Dicke
zu schaffen, welche geeignet ist, bei dem Verfahren zum
Verbinden dieser Drähte mit unterschiedlichen Elementen
verwendet zu werden, und welche es ermöglicht, daß dieses
Verfahren ohne das Bilden von Vertiefungen in den Drähten
durchgeführt werden kann und bei der die Positionen der
Drähte einfach bestimmt werden können. Die Erfindung stellt
sich des weiteren die Aufgabe ein Verfahren zum Schweißen
von Drähten geringer Dicke zur Verfügung zu stellen,
welches eine derartige Vorrichtung verwendet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist
Gegenstand des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Vorrichtung und des Verfahrens sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schweißen eines
Drahtes geringer Dicke, ist das Fußteil, welches die Kon
taktfläche mit einem mit dem Draht zu verbindenden Element
bildet, vorgesehen, so daß die Vorrichtung einfach und in
stabiler Weise auf dem Element angeordnet werden kann. Ferner
ist das Aufnahmeteil, welches eine Öffnung mit einem Durch
messer aufweist, der geringer ist, als der Durchmesser des
Drahtes und welche einen Ouerschnitt in Form eines umge
drehten Omegas hat, vorgesehen, so daß der Draht einfach in
das Aufnahmeteil eingeführt werden kann, indem die Öffnung
mit dem Draht heruntergedrückt wird, welcher entlang des
Flanschteils geführt wird, und zwar gegen die elastische
Kraft des Aufnahmeteils.
Nachdem der Draht in das Aufnahmeteil eingeschoben ist,
kehrt die Öffnung des Aufnahmeteils wieder in ihre anfäng
liche Position zurück, wodurch jede Verformung des Drahtes,
welcher in das Aufnahmeteil eingeführt wurde, verhindert
wird und wodurch die Position des Drahtes exakt bestimmt
wird, und weiterhin kann auch die Entfernung zwischen der
Erzeugungsvorrichtung der Schweißstrahlen, wie Elektronen
strahlen oder Laserstrahlen und den wesentlichen Teilen des
Drahtes und der zu schweißenden Vorrichtung konstant gehalten
werden, was ein sehr wesentliches Merkmal in bezug auf die
Eignung für automatisches Schweißen ist. Wenn der Ouerschnitt
in Form eines umgekehrten Omegas (Unter der Form des Omegas
ist hier die Form des entsprechenden Großbuchstaben des
griechischen Alphabets zu verstehen) des Aufnahmeteils ein
kreisförmiges Teil hat, welches im wesentlichen den gleichen
Durchmesser wie der Durchmesser des Drahtes aufweist, kann
die Position des Drahtes noch genauer bestimmt werden, ohne
daß ein Spiel zwischen dem Draht und dem Aufnahmeteil bleibt.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der
Lage, das Schweißen des Drahtes nur an einem Teil von
diesem zu bewirken, welches der Öffnung des Aufnahmeteils
der Vorrichtung entspricht, was erreicht wird, durch das
Schmelzen dieses selben Teils und der Öffnung, wobei der
Rest des Drahtes in dem Aufnahmeteil aufgenommen ist und
dadurch nicht schmilzt. Dadurch kann, wenn das erfin
dungsgemäße Verfahren des Schweißens eines Drahtes geringer
Dicke angewendet wird, die Bildung von Vertiefungen über
der gesamten Oberfläche des Drahtes, wie dies bei früheren
Verfahren auftrat, völlig vermieden werden. Weiterhin kann, da
die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung es nicht nur
möglich macht, den Draht an einer vorbestimmten Position ein
fach und automatisch in die Vorrichtung zu setzen, sondern
auch jede Verformung des Drahtes in bezug oder sogar außer
halb der Vorrichtung zu vermeiden, nachdem der Draht so
gesetzt wurde, die Vorrichtung vorteilhafterweise beim
Schweißen von Drähten geringer Dicke verwendet werden, bei
dem die Verfahrensdaten automatisch kontrolliert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit
der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1A eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum
Schweißen von Drähten geringer Dicke gemäß der
vorliegenden Erfindung, welche in dem Stadium ist,
in dem sie auf eine Element montiert ist, welches
mit dem Draht verbunden werden soll, und zwar
unmittelbar bevor der Draht in die Vorrichtung
eingeführt wird;
Fig. 1B eine Ansicht ähnlich Fig. 1, welche die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
nach dem Einführen des Drahtes zeigt;
Fig. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung gemäß der
Erfindung wobei der Draht eingeführt ist, welches die
Beziehung zwischen dem Durchmesser a der Öffnung
eines Aufnahmeteils der Vorrichtung und den Durch
messer b des zu schweißenden Drahtes zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1B, welches die Art
und Weise zeigt, in welcher das Strahlschweißen
ausgeführt wird, und zwar unter Verwendung der
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht
eines Halbleiter-Drucksensors, welcher als Bei
spiel eines Elementes dargestellt ist, mit welchem
Drähte geringer Dicke durch Anwendung der Vor
richtung und des Verfahrens zum Schweißen von
Drähten geringer Dicke gemäß der vorliegenden
Erfindung verbunden werden sollen.
Bezugnehmend auf die Fig. 1, bezeichnet das Bezugszeichen 1
eine Vorrichtung zum Schweißen von Drähten geringer Dicke
gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 bein
haltet ein Führungsflanschteil 1 a, welches aus einem Paar
von Flanschen gebildet ist, ein Setz- oder Aufnahmeteil 1 b,
zur Aufnahme eines zu schweißenden Drahtes geringer Dicke,
welches einen Ouerschnitt in Form eines umgedrehten Omegas
hat, sowie eine Öffnung 1 c, die an dem Übergang zwischen
dem Führungsflanschteil 1 a und dem Aufnahmeteil 1 b gebildet
ist und ein Fußteil 1 d. Die Vorrichtung 1 ist mit ihrem
Fußteil 1 d an einem Element 2 (von dem nur ein Teil auf der
Zeichnung dargestellt ist) befestigt, welches über die Vor
richtung mit einem Draht verbunden werden soll, und zwar
durch eine geeignete Methode, wie z. B. durch Schweißen.
In Fig. 2 ist das Führungsflanschteil 1 a und das Aufnahme
teil 1 b, zur Aufnahme eines Drahtes geringer Dicke darge
stellt. Die Öffnung 1 c, durch welche der zu schweißende
Draht in das Aufnahmeteil 1 b eingeführt ist, hat einen
Durchmesser a, der geringer ist, als der Durchmesser b des
Drahtes.
Im folgenden wird nun ein Verfahren zum Schweißen von
Drähten geringer Dicke unter Verwendung der Vorrichtung 1
gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Wie in den Fig.
1A und 1B dargestellt ist, wird, nachdem die Vorrichtung 1
an dem Element 2 an einer gewünschten Position zum
Schweißen befestigt ist, ein Draht 3 geringer Dicke, wel
cher verschweißt werden soll, zwischen den Flanschen des
Flanschteils 1 a der Vorrichtung 1 plaziert und nach unten
gedrückt, wie in den Fig. 1A und 1B dargestellt ist, und
zwar entlang dem Führungsflanschteil 1 a, bis es in das
Aufnahmeteil 1 b der Vorrichtung 1 eingeführt ist. Danach läßt
man, wie in Fig. 3 dargestellt, Laserstrahlen oder Elek
tronenstrahlen auf die Öffnung 1 c sowie auf einen Teil des
eingeführten Drahtes 3, welcher in der Öffnung 1 c frei
bleibt, strahlen, um diese Teile einem Verbindungs
schweißen zu unterwerfen, wodurch der Draht 3 mit dem
Element 2 durch die Vorrichtung 1 verbunden wird. Sollte
andererseits, anstelle des Verbindungsschweißens ein Hart
lötvorgang ausgeführt werden, nachdem der Draht 3 in das
Aufnahmeteil 1 b in der gleichen Weise wie oben eingeführt
ist, wird ein Hartlot auf den Flanschteil 1 a in der Nähe
der Öffnung 1 c angeordnet und das Hartlotmetall wird dann
geschmolzen, indem es mit Laserstrahlen oder Elektronen
strahlen bestrahlt wird, und es wird dem geschmolzenen
Lotmetall ermöglicht, in die Öffnung 1 c sowie in den Spalt
zwischen dem Draht 3 und dem Aufnahmeteil 1 b zu fließen.
Bei dieser Ausführungsform, wird ein Halbleiter-Drucksen
sor, wie in Fig. 4 dargestellt, als ein Beispiel eines
Elementes 2 angenommen, und ein Ni-Draht 3 geringer Dicke,
welcher einen Durchmesser von 300 Mikrometer aufweist, wird
verwendet, um Leitungen zu bilden, welche an Drahtan
schlüsse 5 und an Gehäuseanschlüsse 6 des Sensors ge
schweißt werden sollen.
Zunächst wird eine Vielzahl von Vorrichtungen 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung an den Drahtanschlüssen 5 und Ge
häuseanschlüssen 6 befestigt, welche an vorgegebenen Posi
tionen verbunden werden sollen. Dann werden, wie in Fig. 1B
gezeigt, Stücke des Ni-Drahtes 3 jeweils an dem Führungs
flanschteil 1 a der entsprechenden Vorrichtung 1 angeordnet
und der Ni-Draht 3 wird dann durch geeignete Mittel, wie
z. B. einen Stempel nach unten gedrückt. Wenn der Ni-Draht
nach unten gedrückt wird, drückt er die Öffnung 1 c gegen
die elastische Kraft nach unten, bis er in dem Aufnahmeteil
1 b aufgenommen ist. Nachdem der Draht 3 eingeschoben und in
dem Aufnahmeteil 1 b aufgenommen ist, kehrt die Öffnung 1 c
durch die elastische Kraft in ihre ursprüngliche Position
zurück, und demgemäß nimmt der Durchmesser 1 c wieder seinen
anfänglichen Wert a an, welcher geringer ist, als der
Durchmesser des aufgenommenen Drahtes 3. Darum wird, nach
dem Einführen z. B. während des folgenden Schrittes des
Schweißens, kein Verschieben des Drahtes 3 aus dem, oder in
bezug auf das Aufnahmeteil 1 b stattfinden. Nachdem der
Draht 3 auf diese Weise in der vorbestimmten Position
fixiert wurde, wird die Erzeugungsvorrichtung des Laser
strahls oder Elektronenstrahls über der Öffnung 1 c ange
ordnet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist und die Laserstrahlen
oder Elektronenstrahlen werden von oben auf die Öffnung 1 c
gestrahlt, um dadurch die Öffnung 1 c und einen entsprechenden
Teil des Drahtes zu verschweißen, welcher durch die Öffnung
1 c den Strahlen ausgesetzt ist, und zwar durch ein Verbin
dungsschweißen.
Wenn es beabsichtigt ist, ein Hartlöten auszuführen, unter
Verwendung von Hartlotmetall, nach dem Einführen des Drahtes 3
in das Aufnahmeteil 1 b und der Anordnung einer geeig
neten Menge von Hartlotmetall auf dem Flanschteil 1 a in der
Nähe der Öffnung 1 c, wird das Hartlotmetall mit Laser
strahlen oder Elektronenstrahlen bestrahlt und geschmolzen,
um so die Öffnung 1 c und einen entsprechenden Teil des
Drahtes 3 dadurch zu verbinden.
Wie vorstehend beschrieben, wird es durch die Verwendung
der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei dem Arbeitsgang des
Anschweißens eines Drahtes geringer Dicke nicht nur möglich
gemacht, die Position des Drahtes einfach festzulegen,
sondern es wird auch möglich gemacht, automatisch die
gleiche Position festzulegen und den Draht automatisch zu
schweißen, wobei solche herkömmlichen Probleme, wie die
Bildung von Vertiefungen in dem zu verarbeitenden Draht und
das Auftreten von Kontaktfehlern eliminiert werden. Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht somit das
Schweißen von Drähten geringer Dicke in vorbestimmten Posi
tionen in exakter und zuverlässiger Art und Weise.
Ferner wird in bezug auf den Arbeitsgang des Schweißens von
Drähten geringer Dicke in Vorrichtungen, welche in Massen
fertigung gefertigt werden, wie elektronische Vorrichtungen,
die Zeit, die für den Arbeitsgang erforderlich ist, vermin
dert, da der Grad der Automatisierung des Schweißprozesses
und der Grad der Genauigkeit desselben zu den wichtigsten
Faktoren gehören, mit denen man sich beschäftigen muß, um
das Fertigungsergebnis und die Produktqualität zu ver
bessern, wobei die vorstehend genannten Merkmale der vor
liegenden Erfindung einen großen Teil dazu beitragen, die
mit diesen Faktoren verbundenen Probleme zu bewältigen.
Claims (6)
1. Vorrichtung zum Schweißen eines Drahtes geringer Dicke,
welcher mit einem Element verbunden werden soll, dadurch
gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung ein Fußteil auf
weist, welche die Kontaktfläche mit dem Element bildet,
ein Aufnahmeteil, um diesen Draht aufzunehmen, welches
einstückig mit diesem Fußteil ausgebildet ist, und wel
ches an seinem oberen freien Ende eine Öffnung aufweist,
die einen Durchmesser hat, der geringer ist, als der
Durchmesser dieses Drahtes und daß diese Vorrichtung fer
ner einen Querschnitt in Form eines umgekehrten Omega (Ω)
aufweist, um somit eine elastische Rückstellkraft zu
haben, sowie ein Führungsflanschteil, das einstückig mit
diesem Aufnahmeteil ausgebildet ist, und durch Flansche
gebildet ist, die sich von dieser Öffnung dieses Aufnahme
teils aus nach oben und zwar in die von dem Fußteil abge
wandte Richtung und voneinander weg erstrecken.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dieser Ouerschnitt dieses Aufnahmeteils ein rundes
Teil aufweist, welches einen Durchmesser hat, der im
wesentlichen gleich groß ist wie der Durchmesser des
Drahtes geringer Dicke.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß dieser Draht geringer Dicke ein Lei
tungsdraht für elektronische Vorrichtungen ist.
4. Verfahren zum Schweißen eines Drahtes geringer Dicke
unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer vorbestimmten Posi
tion zum Schweißen eines Elementes, welches mit dem
Draht geringer Dicke verbunden werden soll, diese Vor
richtung angeordnet wird, daß dann ein Draht in das
Aufnahmeteil dieser Vorrichtung eingeführt wird, indem
dieser Draht entlang diesem Führungsflanschteil dieser
Vorrichtung geführt wird, und daß dann ein Schweißen von
oberhalb dieser Öffnung des Aufnahmeteils dieser Vor
richtung bewirkt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Schweißen ausgeführt wird, ohne das ein direkter
Kontakt mit diesem Element hergestellt wird, indem
Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen verwendet werden.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schweißverfahren unter Verwendung
eines Hartlotes ausgeführt wird.
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