DE4139998A1

DE4139998A1 - Kontaktstueck mit einer schaltsilber-kontaktauflage und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE4139998A1
Application number: DE4139998A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. 8620 Lichtenfels De Schneider; Dietmar 8621 Altenkunstadt De Clauss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1993-06-09
Also published as: JPH07501646A; DE59202048D1; ES2071517T3; EP0615651B1; US5598629A; BR9206854A; EP0615651A1; US5799771A; WO1993011550A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktstück mit einer Schaltsilber-Kontaktauflage, die mittels einer Silberzwi schenschicht und einem Lot auf einen Kontaktträger aufgelö tet ist und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. Solche Kontaktstücke werden unter anderem in Relais und Schaltern der verschiedensten Art verwendet.

Im Fachhandel sind die zum Löten erforderlichen Lote als Flachmaterial erhältlich. Sie enthalten bereits dosierte Zu schläge an Löthilfsmitteln. Unter Zugrundelegung des Lot-Flach materials ist es bekannt, Bänder aus Kontaktsilber und Rein silber durch Warmwalzen miteinander zu verbinden und an schließend das Lot-Flachmaterial als dritte Schicht auf die ses Zweischichtband aufzuwalzen. Von diesem so erstellten Dreischichtband werden dann die Kontakte abgeschnitten und auf den Kontaktträgern aufgelötet. Es ist eine Eigenart die ses Herstellverfahrens, daß die Walzränder beschnitten werden müssen, so daß Abfall anfällt. Auch wird das Abschneiden der Kontakte bei größeren Kontaktstärken zunehmend problematisch.

Es ist auch bekannt, aus einer auf Kontaktabmessungen zuge schnittenen Silberzwischenschicht und einer aufgepreßten, Schaltsilberkontaktauflage Zweischichtkontakte herzustellen und diese dann mittels eines Lotes und Lothilfsmitteln auf dem jeweiligen Kontaktträger aufzulöten. Bei dieser Arbeits weise entsteht kein Abfall, sofern mit Bandmaterial gearbei tet wird, welches zumindest in der Breite mit einer Breite oder Länge des späteren Kontaktes übereinstimmt. Bei größe ren Stückzahlen ist diese Arbeitsweise jedoch wegen der ex akten Positionierung und Dosierung des Lotes bzw. der Lot hilfsmittel relativ aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie die Herstellung von Kontaktstücken vereinfacht werden kann, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Insbeson dere soll die Positionierung des Lotes auf der Silberzwi schenschicht des Zweischichtenkontaktes zuverlässig gewähr leistet werden. Darüber hinaus soll auch ein Hochkriechen des Lotes auf die Schaltsilberkontaktauflage beim Verlöten mit dem Kontaktträger verhindert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 5 und 7 bis 14 zu entnehmen.

Dadurch, daß erfindungsgemäß das Lot in Form eines Plättchens vor dem eigentlichen Lötvorgang auf der Silberzwischenschicht angeheftet worden ist, ist gewährleistet, daß das Lot zuver lässig auf der Silberzwischenschicht positioniert bleibt, ohne vorzeitig, das heißt vor dem Auflöten des Kontaktträ gers, zu verrutschen oder gar abzufallen. Dadurch wird eine Voraussetzung für eine zuverlässige Handhabung der miteinan der zu verlötenden Teile geschaffen.

Erfindungsgemäß kann dies in der Weise geschehen, daß die Silberzwischenschicht auf der Schaltsilberkontaktauflage aufgepreßt und anschließend das Lot in Form eines Plättchens auf der Silberzwischenschicht angeheftet und danach der Kon taktträger auf das Lotplättchen gelegt und aufgelötet wird. Diese Reihenfolge im Herstellverfahren gewährleistet eine hinsichtlich der Position des Lotplättchens und hinsichtlich der Qualität des Lötvorgangs zuverlässige Herstellung der Kontaktstücke. Zugleich hat sie eine Verbilligung des Her stellverfahrens zur Folge.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann sich das Lotplättchen vor der Lötung in einer Vertiefung der Silberzwischenschicht befinden. Das hat zur Folge, daß das Lotplättchen beim Lötvorgang von diesem auf dem Kontaktträ ger aufliegenden Rand der Silberzwischenschicht umschlossen ist und nicht so leicht seitlich wegfließen kann.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Heftung des Lotplättchens durch Schweißen erfolgen. Hierbei hat sich wiederum das Ultraschallschweißen des Lot plättchens auf der Silberzwischenschicht als besonders vor teilhaft erwiesen, weil hierdurch ein Aufheizen des Lotplätt chens vermieden wird. Letzteres könnte sonst die Qualität der späteren Lötung verringern.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann das Lot plättchen während des Ultraschallschweißens über eine An druckplatte mit kleinen punktuellen Erhebungen an die Sil berzwischenschicht angepreßt werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das Ultraschallschweißen nur unter den wenigen Anpreßpunkten der punktuellen Erhebungen erfolgt und damit mit sehr viel weniger Andruckkraft und Ultraschallener gie durchgeführt werden kann.

Dadurch, daß das Lotplättchen in besonders zweckmäßiger Wei terbildung der Erfindung vor der Lötung bündig in die Silber zwischenschicht eingepreßt wird, wird die Voraussetzung für eine völlig plane Auflage auf dem Kontaktträger beim späte ren Auflöten geschaffen. Zugleich wird durch die so erzeugte seitliche Umschließung des Lötplättchens durch die Silber zwischenschicht ein seitliches Ausfließen des Lotes beim Ver löten mit dem Kontaktträger verhindert, weil das Lot im Randmaterial der Silberzwischenschicht eingebunden wird. Auf diese Weise wird auch verhindert, daß das Lotmaterial beim Löten an den Seiten des Schaltsilbers hochkriecht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionszeichnung des Kontaktstücks;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Zweischichtkontaktes;

Fig. 3 eine Ansicht des Zweischichtkontaktes nach dem Ultra schallschweißen des Lotes und

Fig. 4 eine Seitenansicht des fertigen Dreischichtkontaktes vor dem Auflöten auf den Kontaktträger.

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau des Kontaktstücks 1 in ausein andergezogener Explosionszeichnung bestehend aus einer Schalt silber-Kontaktauflage 2, einer Silberzwischenschicht 4, einem Lötplättchen 6 und einem Kontaktträger 8. Die Schaltsilber-Kontaktauflage besteht im Ausführungsbeispiel aus einer be kannten Schaltsilberlegierung. Sie hat im Ausführungsbeispiel die Form einer rechteckigen Platte mit den Abmessungen des späteren Kontaktes. Sie könnte aber ebensogut die Form einer flachen runden Scheibe oder einer halbkugelförmigen Kalotte haben. Unter der Schaltsilber-Kontaktauflage 2 erkennt man in der Fig. 1 die Silberzwischenschicht 4, die in ihren Ab messungen an den Grundriß der Schaltsilberkontaktauflage 2 angepaßt ist. Die Silberzwischenschicht 4 besteht im Ausfüh rungsbeispiel aus reinem Silber. Unter der Silberzwischen schicht 4 erkennt man ein Lötplättchen 6. Das Lötplättchen besteht im wesentlichen aus Kupfer und Silber und enthält in seiner handelsüblichen Ausführungsform bereits alle erforder lichen Löthilfsmittel. Es ist aus einem handelsüblich erhält lichen Lotstreifen der gewünschten Breite abgeschnitten wor den. Seine Kontur ist an die Kontur der Silberzwischenschicht 4 angepaßt, wird aber allseitig um ca. 1 mm von der Kontur der Silberzwischenschicht überragt. Unter dem Lötplättchen 6 ist in der Fig. 1 der Kontaktträger 8 für die Kontaktbrücke 1 dargestellt. Er besteht aus einem Flachmaterial aus Stahl, das oberflächlich mit Kupfer beschichtet ist.

Bei der Herstellung des Kontaktstücks 1 wird zunächst die Schaltsilber-Kontaktauflage 2 in einem Preßwerkzeug mit der auf Kontaktmaß von einem Silberflachmaterial abgeschnittenen Silberzwischenschicht 4 zu einem Zweischichtkontakt verpreßt.

Auf der Silberzwischenschicht 4 dieses Zweischichtkontaktes wird ein zuvor von einem Lot-Flachmaterialstreifen abgeschnit tenes Lotplättchen 6 aufgelegt, positioniert und mittels ei ner Sonotrode 10 mittels Ultraschall aufgeschweißt. Dabei hat die Sonotrode 10 eine dem Lot zugewandte Auflagefläche, die mit kleinen Erhebungen 12 versehen ist. Im Ausführungsbeispiel sind das kleine pyramidenförmige Spitzen 12, die das Lot plättchen 6 gegen die Silberzwischenschicht 4 anpressen. Beim Aktivieren der Piezokeramik schwingt diese Anpreßfläche der Sonotrode 10 in Richtung parallel zur Auflagefläche auf das Lot. Dabei verschweißen die unter den kegelförmigen Erhebun gen der Auflagefläche der Sonotrode 10 befindlichen und somit verstärkt gegen die Silberzwischenschicht angepreßten Flächen elemente des Lotplättchens 6 mit der Silberzwischenschicht, während das Lotplättchen im übrigen kalt bleibt.

Der auf diese Weise mit dem Lotplättchen 6 versehene Zwei schichtkontakt 2, 4 wird nachfolgend unter ein Preßwerkzeug gelegt und mit mehreren Tonnen Preßdruck pro cm² plangepreßt. Dabei wird das Lotplättchen 6 in die Silberzwischenschicht 4 hineingedrückt, so daß die Silberzwischenschicht das Lotplätt chen mit Ausnahme der später auf dem Kontaktträger 8 aufzulö tenden Fläche allseitig umfaßt. Nach dem Preßvorgang wird der Zweischichtkontakt auf einen Kontaktträger 8 gelegt und mit dem Kontaktträger verlötet. Dazu wird der Kontaktträger mitsamt dem Lotplättchen, der Silberzwischenschicht und dem Schaltsilber induktiv auf ca. 750°C aufgeheizt. Durch das vorausgegangene Planpressen wird erreicht, daß der Kontakt beim Löten völlig plan auf dem Kontaktträger aufliegt. Das hat zur Folge, daß exakt reproduzierbare, gleichmäßige Ver hältnisse über die gesamte Lötfläche hinweg herrschen. Dies ist eine Voraussetzung für die Automatisierung des Lötvor gangs und für die Verkürzung der induktiven Heizzeit auf ca. eine Sekunde ohne lokale unkontrollierte Oberhitzungen be fürchten zu müssen. Darüber hinaus hat dieses Planpressen zur Folge, daß das Lötplättchen in die Silberzwischenschicht eingedrückt wird und mit Ausnahme der Auflagefläche auf dem Kontaktträger allseitig von der Silberzwischenschicht umschlos sen wird. Dadurch legiert überschüssiges Lot mit der Silber umrandung und wird so daran gehindert, seitlich auf die Schaltsilber-Kontaktauflage hochzukriechen.

Es ist ein großer Vorteil dieses Herstellverfahrens, daß das Lot zuverlässig auf der Silberzwischenschicht der Schaltsil berkontaktauflage positioniert werden kann, ohne hierzu vor her auf eine Temperatur nahe der Löttemperatur erwärmt worden zu sein. Dadurch wird die Gefahr vermieden, daß durch die Erwärmung des Lotes Nachteile bei der späteren Lötung mit dem Kontaktträger 8 in Kauf genommen werden müssen. Des wei teren ist auf diese Weise die Handhabung der Teile vereinfacht und verbilligt worden.

Claims

1. Kontaktstücke (1) mit einer Schaltsilber-Kontaktauflage (2), die mittels einer Silberzwischenschicht (4) und einem Lot (6) auf einem Kontaktträger (8) aufgelötet ist, da durch gekennzeichnet, daß das Lot in Form eines Plättchens (6) vor dem eigentlichen Lötvorgang auf der Silberzwischenschicht (4) angeheftet worden ist.

2. Kontaktstücke nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß sich das Lotplättchen (6) vor der Lötung in einer Vertiefung der Silberzwischenschicht (4) befindet.

3. Kontaktstücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heftung durch Schweißen erfolgt ist.

4. Kontaktstücke nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Heftung durch Ultra schallschweißen erfolgt ist.

5. Kontaktstücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heftung durch Kleben erfolgt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Silberzwischenschicht (4) auf der Schaltsilber-Kontaktauflage (2) aufgepreßt und anschließend das Lot (6) in Form eines Plättchens an der Silberzwischen schicht angeheftet und danach der Kontaktträger (8) auf das Lot gelegt und aufgelötet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Heftung des Lotplättchens (6) durch Schweißen erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Heftung des Lotplättchens (6) durch Ultraschallschweißen auf der Silberzwischenschicht (4) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Heftung des Lotplättchens (6) durch Kleben erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß das Lotplätt chen (6) während des Ultraschallschweißens über eine Andruck platte (10) mit kleinen punktuellen Erhebungen (12) an die Silberzwischenschicht (4) angepreßt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und 10, dadurch gekennzeichnet daß die punk tuellen Erhebungen (12) kegelförmig ausgebildet sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultra schallschwingungen der Andruckplatte (10) tangential zur Auf lagefläche des Lotplättchens (6) ausgerichtet sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß das Lotplätt chen (6) vor der Lötung bündig in die Silberzwischenschicht (4) eingepreßt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß der Kontakt träger (8), das Lötplättchen (6), die Silberzwischenschicht (4) und die Schaltsilber-Kontaktauflage (2) beim Lötvorgang induktiv aufgeheizt werden.