NL8501677A

NL8501677A - Werkwijze voor het bevestigen van een aansluitdraad aan een metalen eindkap van een smeltveiligheid.

Info

Publication number: NL8501677A
Application number: NL8501677A
Authority: NL
Original assignee: Littelfuse Tracor
Priority date: 1985-06-11
Filing date: 1985-06-11
Publication date: 1987-01-02
Also published as: DE3673898D1; US4746784A; ES555881A0; ES8704673A1; EP0208354A1; EP0208354B1

Description

V.O. 7113 -1- 5 <f « τ

Titel: Werkwijze voor het bevestigen van een aansluitdraad aan een metalen eindkap van een smeltveiligheid.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bevestigen van een aansluitdraad aan een metalen eindkap van een overigens voltooide smeltveiligheid van het miniatuurtype.

5 Voor veel toepassingen, in het bijzonder in de elektronische industrie, is het gewenst te beschikken over smeltveiligheden van het miniatuur- of subminiatuur-type(gewoonlijk bestaande uit een veelal cilindrisch glazen huis voorzien van twee metalen eindkappen, waar-10 tussen in het huis een smeltdraad is ingespannen), die zijn voorzien van met de eindkappen verbonden aansluit-draden.

Tot dusverre worden in de praktijk een tweetal verschillende werkwijzen toegepast om dergelijke zogenaam-15 de pig-tails aan smeltveiligheden te bevestigen. De eerste werkwijze bestaat uit het toepassen van extra eindkappen, die vooraf bijvoorbeeld door middel van lassen zijn voorzien van een pig-tail. Dergelijke reeds ! van een aansluitdraad voorziene kappen worden over 20 de eindkappen van de reeds voltooide smeltveiligheid gedrukt. De inwendige afmetingen van de extra eindkap dient daarbij zodanig te zijn dat die eindkap nauwsluitend past om de eindkap van de smeltveiligheid. Een nadeel van deze werkwijze is dat een extra eindkap en derhalve 25 meer materiaal vereist is, terwijl voorts de afmetingen van de betrokken onderdelen nauwkeurig beheerst dienen te worden, teneinde te vermijden dat de extra eindkap in bedrijf losraakt van de eindkap van de smeltveiligheid.

Een andere thans toegepaste werkwijze is het 30 bij het vervaardigen van een smeltveiligheid gebruik maken van eindkappen, die reeds van een pig-tail zijn voorzien, bijvoorbeeld door middel van lassen. Een nadeel van deze werkwijze is dat, aangezien bij het -2- vervaardigen van een smeltveiligheid veelal solderen dient plaats te vinden om het in het huis opgestelde smeltelement aan de eindkappen te bevestigen, het gevaar bestaat dat de pig-tail losraakt van de eindkap. Voorts 5 is een geautomatiseerd productieproces voor het vervaardigen van smeltveiligheden, waarbij gebruik wordt gemaakt van reeds van een pig-tail voorziene eindkappen, niet goed mogelijk, althans levert problemen op die zich bij gebruik van vlakke eindkappen niet voordoen.

10 Ter vermijding van de problemen die zich bij de bekende werkwijzen voordoen heeft men reeds overwogen aansluitdraden aan reeds voltooide smeltveiligheden te bevestigen door dergelijke aansluitdraden zonder meer aan de eindkappen van een smeltveiligheid te lassen. 15 Het lassen van aansluitdraden aan een eindkap van een smeltveiligheid is evenwel onmogelijk, aangezien lassen aanleiding geeft tot plaatselijke hoge temperaturen, ook aan de binnenzijde van de eindkap. Hierdoor zal het soldeer aan die binnenzijde plaatselijk smelten 20 en verdampen, waardoor het smeltelement of de smeltdraad gevaar loopt los te raken van de eindkap. Zelfs is het mogelijk dat door de plaatselijk grote verhitting het soldeer als het ware explodeert en aldus tot ver in het huis van de smeltveiligheid wordt geblazen. Eind-25 kappen voor smeltveiligheden worden veelal vervaardigd van met nikkel bekleed messing, welk nikkel gewoonlijk langs galvanische weg is aangebracht. Dergelijke eindkappen zijn van goede kwaliteit en goedkoop. Het is evenwel zeer moeilijk, zo niet onmogelijk om een betrouwbare 30 verbinding tussen een aansluitdraad en een dergelijke eindkap door middel van lassen te verkrijgen. Dit probleem komt nog bij de bovengenoemde onmogelijkheid om aan een voltooide smeltveiligheid te lassen. Laatstgenoemd probleem kan slechts worden opgelost door het kiezen 35 van eindkappen uit met zilver bekleed koper, onbekleed koper en andere materialen. Dergelijke eindkappen worden

c. *' ’ : 0 J J

-3- dan ook toegepast bij de bovengenoemde werkwijzen voor het vervaardigen van smeltveiligheden met pig-tails.

De uitvinding nu heeft tot doel een werkwijze te verschaffen met behulp waarvan zogenaamde pig-tails 5 aan de eindkappen van reeds voltooide smeltveiligheden kunnen worden bevestigd, zonder dat zich daarbij een van de hiervoor genoemde problemen voordoet en zonder dat men daarbij wordt beperkt in de keuze van het materiaal van de eindkap.

10 Het gestelde doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een werkwijze waarbij het bevestigen wordt uitgevoerd door middel van een soldeerbewerking, waarbij onder toepassing van de vereiste hoeveelheid soldeer en eventueel flux de aansluitdraad tegen de eindkap 15 wordt gehouden en een gedoseerde hoeveelheid energie wordt toegevoerd aan uitsluitend het soldeergebied.

Met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding bleek het mogelijk aansluitdraden aan overigens reeds voltooide smeltveiligheden te bevestigen zonder dat 20 beschadiging van het smeltelement of verstoring van de verbinding tussen smeltelement en eindkap optrad.

Nu is het reeds bekend dat de hoeveelheid energie nodig voor het vervaardigen van een betrouwbare verbinding tussen een draad en een metaaloppervlak bij toepassing 25 van de minimaal vereiste hoeveelheid soldeer per volume-eenheid geringer is dan de minimum hoeveelheid energie voor het maken van een lasverbinding. Te verwachten evenwel is dat bij een normaal soldeerproces nog zoveel warmte plaatselijk nodig is, dat bij solderen van een 30 draad aan een eindkap van een voltooide smeltveiligheid het soldeer aan de binnenzijde van de eindkap ter plaatse van de soldeerplaats aan de buitenzijde, nog zal smelten, zodat de smeltdraad of het smeltelement gevaar loopt los te raken. Door echter volgens de uitvinding een 35 gedoseerde hoeveelheid energie aan uitsluitend het soldeergebied toe te voegen en er daarbij uiteraard

jV

·,' J v - fj J J

-4- voor te zorgen dat de juiste hoeveelheid soldeer en eventueel flux zich op of dicht aangrenzend aan de te verbinden gebieden bevinden, kan een goede soldeerver-binding worden tot stand gebracht, zonder dat het gevaar van smelten van het soldeer in de eindkap en dus losraken 5 van het smeltelement zich voordoet. Door beheersing van de energietoevoer volgens de uitvinding kan worden bereikt dat net zoveel energie gedurende juist zo’n lange periode wordt toegevoerd dat een correct solderen plaatsvindt.

10 Het toevoeren van een gedoseerde hoeveelheid energie aan uitsluitend het soldeergebied kan volgens de uitvinding op een aantal verschillende wijzen plaatsvinden. Op geschikte wijze wordt die energie bijvoorbeeld toegevoerd met behulp van een pulserende laser. Bij 15 een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt voor het solderen van aansluitdraden uit met tin bekleed koperdraad in een dikte van maximaal 0,9 mm aan met nikkel beklede eindkappen met een dikte van ongeveer 0,2-0,25 mm een pulserende Nd-YAG-laser 20 toegepast, die laserpulsen levert met een pulsenergie van tenminste 10 Joule en een pulsduur langer dan 10 m sec. Een geschikte pulsduur is 15-16 m sec.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de gedoseerde hoeveelheid 25 energie aan de soldeerplaats toegevoerd onder toepassing van weerstandsverhitting door middel van ontlaadpulsen van een condensator. Bij nog een andere uitvoeringsvorm wordt de gedoseerde hoeveelheid energie aan de soldeerplaats toegevoerd door middel van een gepulseerde boog-30 ontlading, waarbij de soldeerplaats wordt opgesteld in het brandpunt van een lenzen- of spiegelstelsel teneinde de energie aldaar te concentreren.

Opgemerkt wordt dat solderen onder toepassing van een laser voor het toevoeren van de benodigde energie 35 op zichzelf reeds bekend is, bijvoorbeeld uit de Europese 35 0 1 27 7 ___ -5- octrooiaanvrage 0.113.895. Een stelsel voor het met korte impulsen solderen, waarbij de benodigde energie door weerstandsverhitting wordt verschaft is op zichzelf reeds bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 8301585.

5 Een methode voor het solderen met behulp van gedoseerde, geconcentreerde infraroodstraling wordt reeds beschreven in het Europese octrooischrift 0.002.884. De Nederlandse octrooiaanvrage 7905090 tenslotte beschrijft reeds een lasmethode, waarbij vlamboogverhitting door middel 10 van condensatorontlading wordt toegepast. Geen van de genoemde publikaties evenwel heeft betrekking op het bevestigen van aansluitdraden aan reeds voltooide smeltveiligheden en deze publikaties suggereren dan ook niet dat lassen onder toevoering van een gedoseerde 15 hoeveelheid energie niet, maar solderen op die wijze wel tot een oplossing van de geschetste problemen leidt.

De werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast met of zonder gebruikmaking van een flux.

Een en ander is afhankelijk van de aard van het metaal 20 van de te verbinden delen, het soldeermateriaal alsmede van de omgevingsparameters, zoals temperatuur, druk, eventueel omgevend gas en dergelijke.

De werkwijze volgens de uitvinding leent zich zeer wel voor een massaproduktie van smeltveiligheden 25 voorzien van aansluitdraden.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het uiteinde van de te bevestigen aansluitdraad vooraf opgestuikt. Op geschikte wijze kan daarbij de vereiste hoeveelheid soldeer worden 30 aangebracht door een ring van soldeermateriaal om het uiteinde van de aansluitdraad te leggen, welke ring wordt vastgehouden door het opgestuikte deel van het uiteinde.

Het aanbrengen van de vereiste hoeveelheid soldeer 35 kan ook op geschikte wijze geschieden door vooraf een druppel soldeer aan het uiteinde van de aansluitdraad v*- "* "r 5 Z - ’ ' y -6- te bevestigen.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: fig. 1 een weergave in doorsnede is van een smeltveiligheid en aansluitdraad ter illustratie van 5 een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, en fig. 2 een soortgelijke weergave is van enkele details ter illustratie van een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.

10 In fig. 1 is een smeltveiligheid 1 weergegeven, die van een aansluitdraad 2 moet worden voorzien. De smeltveiligheid 1 bestaat uit een cilindrisch glazen huis 2, dat aan weerszijden is afgesloten door de over de uiteinden van het huis 2 grijpende eindkappen 3 15 en 4. In het huis 2 is het in het weergegeven geval uit een dunne draad bestaande smeltelement 5 diagonaals-gewijs opgesteld, waarbij de uiteinden van de smeltdraad 5 zijn omgeslagen om de rand van het huis 2 en ingeklemd worden gehouden tussen de eindkap 3, resp. 4 en de 20 buitenzijde van het huis 2. In de eindkappen zijn soldeer-proppen 6, resp. 7 opgesteld, die zorgen voor een vaste bevestiging van de smeltdraad 5 aan de eindkappen 3, resp. 4 en voor een afdichtende bevestiging of althans een afdichting van het huis 2 ten opzichte van de eind-25 kappen 3 en 4.

Het bevestigen van de smeltdraad 2 aan de smeltveiligheid 1 geschiedt volgens de hier geïllustreerde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding als volgt. De aansluitdraad 2 is vooraf opgestuikt, 30 zodat deze is voorzien van een verdikt deel 8 aan het te bevestigen uiteinde. Om de aansluitdraad 2 is een ring 9 van soldeermateriaal aangebracht. Het opgestuikte deel 8 van de aansluitdraad 2 zorgt ervoor dat de ring 9 niet van de draad kan vallen. De aansluitdraad 35 2 wordt met het opgestuikte deel 8 tegen de buitenwand van de eindkap 3 gehouden. Vervolgens wordt vanuit : ;· i CJ j -------------------------------- -7- een laserbron 10 een laserbundel 11 gericht op het opgestuikte deel 8 van de aansluitdraad 2, het aangrenzende wanddeel van de eindkap 3 en de ring 9 van soldeer.

Er wordt een pulserende laserbron 10 toegepast en de laserbundel wordt bij voorkeur onder een hoek op de 5 genoemde delen gericht. Met een enkele laserpuls met een duur van ongeveer 15 m sec wordt reeds een goede verbinding tussen aansluitdraad en eindkap tot stand gebracht. Het is evenwel ook mogelijk om zekerheidshalve na toepassing van de enkele laserpuls de laserbron 10 10 te laten roteren in het vlak loodrecht op het vlak van tekening en een tweede of zelfs derde laserpuls op een andere plaats langs de omtrek van het opgestuikte deel 8 van de aansluitdraad af te geven.

Indien bij de soldeerbewerking volgens de boven-15 beschreven uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding toepassing van een flux wordt gewenst kan dit op eenvoudige wijze geschieden, bijvoorbeeld door onderdompeling van het uiteinde van de aansluitdraad in dunvloeibare flux.

20 In fig. 2 is een andere uitvoeringsvorm van j de werkwijze volgens de uitvinding geïllustreerd. Bij die uitvoeringsvorm wordt een aansluitdraad 2 met afgevlakt uiteinde toegepast. Met behulp van bijvoorbeeld een soldeerbout is aan het uiteinde van de draad 2 een 25 druppel 12 van soldeermateriaal bevestigd. Het bevestigen van de draad 2 aan de eindkap 3 geschiedt verder op de wijze zoals aan de hand van fig. 1 besproken.

Het zal duidelijk zijn dat het soldeermateriaal ook op andere wijze dan aangegeven in fig. 1 of 2 aan 30 de soldeerplaats kan worden toegevoerd, bijvoorbeeld in de vorm van draad.

Met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding werden aansluitdraden van vertind koper met een diameter van 0,6 mm en van 0,8 mm bevestigd aan smeltveiligheden 35 van het in fig. 1 afgeheelde type met afmetingen van : ·: $ 7 7 V - » -8- 20 nun lengte en 5 mm diameter. De eindkappen van deze smeltveiligheden hadden een wanddikte van 0,25 mm en bestonden uit messing 63/37 met een galvanisch aangebrachte nikkellaag van 3-5 micrometer dikte. Er werd een type soldeer gebruikt met een smeltpunt hoger dan 300°C 5 (zilver-lood soldeer). Opgemerkt wordt dat soldeer met een lager smeltpunt uit het oogpunt van de werkwijze volgens de uitvinding ook zou kunnen worden toegepast.

Met het oog op latere toepassing van de smeltveiligheden, bijvoorbeeld insolderen in een print met behulp van 10 een soldeerbad, is een lager smeltpunt echter niet altijd gewenst.

De energie werd aan de soldeerplaats toegevoerd vanuit een pulserende Nd-YAG-laser met een pulsenergie van 16-34 Joule. Met één laserpuls van 15 m sec werden 15 reeds goede verbindingen tot stand gebracht. Toepassing van twee of drie pulsen langs de omtrek van de aansluit-plaats verdeeld leverde eveneens goede verbindingen.

De beste resultaten werden bereikt met aansluitdraden met opgestuikt uiteinde. Met aansluitdraden met slechts * 20 afgevlakt uiteinde werden evenwel ook nog aanvaardbare verbindingen gerealiseerd. Als goede en aanvaardbare verbindingen werden beschouwd de verbindingen die voldoen aan de eisen gespecificeerd in de IEC-publikatie 68-2-21, deel 2.

^ y V*' k.· » - - *

Claims

1. Werkwijze voor het bevestigen van een aansluitdraad aan een metalen eindkap van een overigens voltooide smeltveiligheid van het miniatuurtype, met het kenmerk, dat het bevestigen wordt uitgevoerd door middel van een soldeerbewerking, waarbij onder toepassing van 5 de vereiste hoeveelheid soldeer en eventueel flux de aansluitdraad tegen de eindkap wordt gehouden en een gedoseerde hoeveelheid energie wordt toegevoerd aan uitsluitend het soldeergebied.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat de gedoseerde hoeveelheid energie aan de soldeerplaats wordt toegevoerd met behulp van een pulserende laser.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat voor het solderen van aansluitdraden uit met tin bekleed koperdraad in een dikte van maximaal 0,9 mm 15 aan met nikkel beklede eindkappen met een dikte van 0,2-0,25 mm een pulserende Nd-YAG-laser wordt toegepast die laserpulsen levert met een pulsenergie van tenminste 10 Joule en een pulsduur langer dan 10 m sec.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 20 dat de gedoseerde hoeveelheid energie aan de soldeerplaats wordt toegevoerd onder toepassing van weerstandsverhitting door middel van ontlaadpulsen van een condensator.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gedoseerde hoeveelheid energie aan de soldeerplaats 25 wordt toegevoerd door middel van een gepulseerde boogont-lading, waarbij de soldeerplaats wordt opgesteld in het brandpunt van een lenzen- of spiegelstelsel teneinde de energie aldaar te concentreren.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, 30 dat het uiteinde van de aansluitdraad vooraf wordt opgestuikt.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de vereiste hoeveelheid soldeer wordt aangebracht t. ·: - »» **! :· . . _______________________________ • -10- door een ring van soldeermateriaal om het uiteinde van de aansluitdraad te leggen, welke ring wordt vastgehouden door het opgestuikte deel van het uiteinde.

8. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, 5 dat de vereiste hoeveelheid soldeer wordt aangebracht door vooraf een soldeerdruppel aan het uiteinde van de aansluitdraad te bevestigen. ·-’ 5 7 7 V i V J J