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Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Lötverbindungen bei gedruckten Schaltungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Lötverbindungen bei gedruckten Schaltungen, die eine an den Verbindungsstellen mit durchgehenden Löchern versehene, mindestens einseitig mit Leiterbahnen bedruckte Isolierplatte besitzen.
Oftmals werden aus wirtschaftlichen und' schaltungstechnischen Gründen auf beiden Seiten von Isolierplatten Leiterbahnen angeordnet. Es ist bekannt, dass beim Verlöten von gedruckten Schaltungen auf Seite der Baubeile Schwierigkeiten auftreten, welche nur mit Hilfe von unwirtschaftlichen Verfahren behoben werden können.
Es ist eine Herstellungsart von Lötverbindungen bekannt, bei welcher die Verbindung der Leiter mit Hilfe von Hohlnieten vorgenommen wird. Um eine sichere Verbindung der Hohlnieten mit den Leiterbahnen auf der Bestückungsseite zu erhalten, wurde vorgeschlagen, dass die Hohlnieten vor dem Bestük- ken mit Hilfe eines Tauchlötverfahrens mit den Leiterbahnen verlötet werden. Dadurch ist je ein Tauch- lötvorgang vor und nach dem Bestücken notwendig. Ferner weist die gedruckte Platte pro Anschluss ein zusätzliches Element in Form eines Hohlnietes auf.
Um ein zweimaliges Tauchloten zu vermeiden, wurde ferner vorgeschlagen, auf der dem Lötbad abgekehrten Seite zwischen Hohlniet und Leiterbahn eine Scheibe aus Lötmaterial anzubringen, wobei beim Lötvorgang infolge der Wärmeleitung des Hohlnietes die Scheibe schmilzt und eine Verbindung zwischen Niet und Leiterbahn herstellt. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass zusätzliche Elemente nötig sind und die elektrische Verbindung über zwei Lötstellen führt, was eine erhöhte Störanfälligkeit zur Folge hat. Es ist Ziel des erfindungsgemässen Verfahrens, in einem Lötvorgang ohne zusätzliche Elemente eine sichere Lötverbindung herzustellen.
Das Verfahren ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass ein Drahtstück aus elektrisch leitendem Material mit einer von Lötmittel benetzbaren Oberfläche unter Bildung einer Kapillare beidseitig über die Platte vorstehend durch die Plattenöffnung an der Verbindungsstelle gesteckt wird, wonach dem Drahtstück auf einer Plattenseite Lötmittel und Wärme zugeführt werden, wobei verflüssigtes Lötmittel durch die Kapillare längs des Drahtstückes auf die andere Plattenseife bis zur gedruckten Leiterbahn gelangt.
Im folgenden ist das erfindungsgemässe Verfahren an Hand der beiliegenden Zeichnung, die Ausführungsbeispiele von nach diesem Verfahren her- gestellten Lötverbindungen zeigt, beschrieben.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein erstes Beispiel einer Lötverbindung zwischen einer beidseitig mit Leiter- bahnen bedrurfkten Isolierplatte und. - wenigstens einem Bauelement, Fig. 2-4 schaubildlich und im Querschnitt je ein weiteres Beispiel einer solchen Lötverbindung gemäss Fig. 1 und _ Fig. 5 eine Lötverbindung zweier Leitbahnen ohne Bauelement.
Gemäss Fig. 1 ist eine Platte 1 aus Isoliermaterial auf der mit einem Widerstand 2 als Bauelement besetzten Seite a mit Leiterbahnen 3 - und auf der Gegenseite b mit Leiterbahnen 4 bedruckt.
Durch die Leiterbahnen 3, 4 und die Isolierplatte 1 sind an den je nach Schalterfordernis vorgesehenen Verbin- dungsstellen Löcher 6 geführt. Ein Anschlussleiter= stück 5 des Widerstandes 2 (einfachheitshalber ist in allen Figuren nur das eine Leiterstück des. Widerstandes gezeichnet) ist -an seinem freien Ende unter
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Bildung einer Schlaufe 7 auf sich selbst zurückgebogen und wird so durch das Loch 6 gesteckt, dass beidseits der Platte 1 die Enden der Schlaufe 7 über die Plattenfläche hinausragen.
Die Dimension des Loches 6 ist so gewählt, dass entlang und zwischen den beiden Schlaufenteilen eine Kapillarwirkung gebildet ist. Nun wird auf der Plattenseite b dem dort vorstehenden Schlaufenende Lötmittel zugeführt und erhitzt, vorzugsweise in Form eines Zinnbades B. Das flüssige Lötmittel gelangt in der Folge durch Kapillarwirkung längs der Drahtschlaufe 7 auf die Plattenseite a und verbindet dort den Leiterdraht 5 mit der Leiterbahn 3. Gleichzeitig wird aber auch die Leiterbahn 4 auf der Plattenseite b über die Schlaufe 7 mit der Leiterbahn 3 verbunden. Es versteht sich, dass der Lötmitteltransport durch die Kapillare nur dann einwandfrei erfolgt, wenn der Leiterdraht 5 bzw. dessen Oberfläche sich zur Lötmittelführung eignet.
Bei Verwendung von Zinn als Lötmittel besteht der Leiterdraht 5 zweckmässig aus Kupfer. Die Kapillarwirkung wird dadurch erreicht, dass beim Eintauchen des auf der Seite b vorstehenden Endes in das Zinnbad 8 über dieses und die Schlaufe 7 Wärme auf die Leiterbahn 3 übertragen wird. Sobald das Leiterstück 5 entlang den durch die Schlaufenteile gebildeten Kapillarkanäle genügend erwärmt ist, steigt das Lötmittel und verbindet sich mit der Leiterbahn 3. Statt ein Lötmittelbad zu verwenden, könnte dem Drahtende auch direkt Lötmittel zugeführt und dort mittels eines Lötkolbens erwärmt werden.
Um den Widerstand 2 vor dem Verlöten provisorisch an der Isolierplatte 1 festzuhalten, ist die Schlaufe 7 gemäss dem Beispiel nach Fig. 2 mit einer Knickung 9 versehen, so dass die Schlaufe 7 auf die Leiterbahn 3 zu liegen kommt. Dadurch wird ausserdem die Leiterbahn 3 durch die abgeknickte Schlaufe rascher erwärmt. Die günstige Lage des der Leiterbahn 3 zugekehrten einen Kapillarkanals erleichtert ein Benetzen der Leiterbahn 3 mit Lötmittel, so dass eine einwandfreie Verbindung zwischen dem Leiterdraht 5 und der Leiterbahn 3 entsteht. Die geknickte Schlaufe 7 erlaubt auch das Loch 6 grösser zu dimensionieren, was die Bestückung der Leiterplatte 1 erleichtert.
Im Beispiel der Fig. 2 weist die Plattenseite b aus schaltungstechnischen Gründen keine Leiterbahn auf, was jedoch keinen Einfluss auf die Kapil larwirkung hat, denn diese wird durch das auf der Plattenseite b vorstehende Schlaufenende allein be- wirkt.
Das erweiterte Loch 6 nach Fig. 2 hat aber zur Folge, dass die bestückten Bauteile, das heisst im vorliegenden Fall der Widerstand 2, vor dem Lötvor- gang nicht mehr mechanisch einwandfrei an der Platte 1 gehalten sind, was sich in bestimmten Fällen nachteilig auswirkt. Um dies zu verhindern, wird gemäss dem Beispiel nach Fig. 3 die Schlaufe 7 als federnde Schlaufe ausgebildet, wobei ein oder beide Schlaufenteile leicht nach auswärts gewölbt werden. Diese Wölbung soll so klein sein, dass die Elastizi- tätsgrenze des Drahtmaterials nicht überschritten wird, damit nach dem Einstecken in das Loch 6 der n mit der Leiterbahn zu verbindende Bauteil durch die zwischen Lochwand und Schlaufe auftretende Haftreibung gehalten wird.
Die Dimension des Loches 6 muss dabei so gewählt werden, dass nach dem Einstecken der Schlaufe 7 in das Loch 6 die Wölbung so weit aufgehoben wird, dass die Kapillarwirkung entlang der Schlaufe 7 gewährleistet ist.
Schaltungstechnische Gründe können die Verbindung einer Leiterbahn mit mehreren Bauteilen erfordern. Ein solches Beispiel wird in Fig. 4 gezeigt, in welcher zwei Widerstände 2 mit den Leiterbahnen 3 und 4 zu verbinden sind. Anstatt eine Schlaufe zu bilden, werden die beiden Leiterdrähte 5 in die Öffnung 6 gesteckt, wobei die öffnung 6 so bemessen wird, dass zwischen den beiden Leiterstücken 5 die bereits erwähnte Kapillarwirkung auftritt. Der Löt- vorgang erfolgt in allen Fällen auf die an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise.
Das gleiche Verfahren kann auch angewendet werden, wenn zwei auf verschiedenen Plattenseiten aufgedruckte Leiterbahnen 3 und 4 miteinander verbunden werden sollen. Gemäss Fig. 5 wird' in diesem Fall eine Drahtschlaufe 10 durch die Plattenöffnung 6 gesteckt, so dass auch hier Kapillare gebildet sind und die Schlaufenenden vorstehen. Der Lötvorgang entspricht genau dem bei den übrigen Beispielen beschriebenen Vorgang.
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Method for producing electrically conductive soldered connections in printed circuits The present invention relates to a method for producing electrically conductive soldered connections in printed circuits which have an insulating plate provided at the connection points with through holes and printed on at least one side with conductor tracks.
Often, for economic and circuit reasons, conductor tracks are arranged on both sides of the insulating plates. It is known that difficulties arise when soldering printed circuits on the component side, which can only be remedied with the aid of inefficient methods.
A type of production of soldered connections is known in which the connection of the conductors is made with the aid of hollow rivets. In order to obtain a secure connection between the hollow rivets and the conductor tracks on the component side, it was proposed that the hollow rivets be soldered to the conductor tracks with the aid of a dip soldering process prior to assembly. This means that a dip soldering process is necessary before and after assembly. Furthermore, the printed board has an additional element in the form of a tubular rivet for each connection.
In order to avoid double dip soldering, it was also proposed to attach a disc of soldering material on the side facing away from the solder bath between the hollow rivet and the conductor track, the disc melts during the soldering process due to the heat conduction of the hollow rivet and creates a connection between the rivet and the conductor track. However, this method has the disadvantage that additional elements are required and the electrical connection is made via two solder points, which results in an increased susceptibility to failure. The aim of the method according to the invention is to produce a secure soldered connection in one soldering process without additional elements.
For this purpose, the method is characterized in that a piece of wire made of electrically conductive material with a surface that can be wetted by solder is inserted through the plate opening at the connection point to form a capillary projecting over the plate on both sides, after which solder and heat are supplied to the piece of wire on one side of the plate where liquefied solder passes through the capillary along the piece of wire onto the other sheet soap up to the printed conductor path.
The method according to the invention is described below with reference to the accompanying drawing, which shows exemplary embodiments of soldered connections produced according to this method.
1 shows, in cross section, a first example of a soldered connection between an insulating plate coated with conductor tracks on both sides and. At least one component, FIGS. 2-4 diagrammatically and in cross section, a further example of such a soldered connection according to FIG. 1 and FIG. 5 a soldered connection of two interconnects without a component.
According to FIG. 1, a plate 1 made of insulating material is printed with conductor tracks 3 on the side a occupied by a resistor 2 as a component, and on the opposite side b with conductor tracks 4.
Holes 6 are guided through the conductor tracks 3, 4 and the insulating plate 1 at the connection points provided depending on the switch requirement. A connecting conductor = piece 5 of the resistor 2 (for the sake of simplicity, only one conductor piece of the resistor is drawn in all figures) is at its free end below
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Forming a loop 7 is bent back onto itself and is inserted through the hole 6 in such a way that the ends of the loop 7 protrude beyond the plate surface on both sides of the plate 1.
The dimension of the hole 6 is chosen so that a capillary effect is formed along and between the two loop parts. Now solder is fed to the loop end protruding there on the plate side b and heated, preferably in the form of a tin bath B. The liquid solder subsequently reaches the plate side a by capillary action along the wire loop 7 and there connects the conductor wire 5 with the conductor track 3. At the same time, however, the conductor track 4 on the plate side b is also connected to the conductor track 3 via the loop 7. It goes without saying that the solder transport through the capillary only takes place properly if the conductor wire 5 or its surface is suitable for guiding the solder.
When using tin as solder, the conductor wire 5 is expediently made of copper. The capillary effect is achieved in that when the end protruding on the side b is immersed in the tin bath 8, heat is transferred to the conductor track 3 via this and the loop 7. As soon as the conductor piece 5 is sufficiently heated along the capillary channels formed by the loop parts, the solder rises and connects to the conductor track 3. Instead of using a solder bath, solder could also be fed directly to the wire end and heated there with a soldering iron.
In order to hold the resistor 2 temporarily on the insulating plate 1 before soldering, the loop 7 is provided with a kink 9 according to the example of FIG. 2 so that the loop 7 comes to rest on the conductor track 3. As a result, the conductor track 3 is also heated more quickly by the kinked loop. The favorable position of a capillary channel facing the conductor track 3 facilitates wetting of the conductor track 3 with solder, so that a perfect connection between the conductor wire 5 and the conductor track 3 is created. The kinked loop 7 also allows the hole 6 to be dimensioned larger, which makes it easier to equip the circuit board 1.
In the example of FIG. 2, the plate side b has no conductor track for circuit reasons, but this has no influence on the capillary effect, because this is caused solely by the loop end protruding on the plate side b.
The widened hole 6 according to FIG. 2, however, has the consequence that the assembled components, that is to say in the present case the resistor 2, are no longer mechanically flawlessly held on the plate 1 before the soldering process, which has a disadvantageous effect in certain cases . In order to prevent this, according to the example according to FIG. 3, the loop 7 is designed as a resilient loop, with one or both loop parts being curved slightly outwards. This curvature should be so small that the elastic limit of the wire material is not exceeded, so that after insertion into the hole 6, the component to be connected to the conductor track is held by the static friction occurring between the hole wall and the loop.
The dimension of the hole 6 must be selected so that after the loop 7 has been inserted into the hole 6, the curvature is removed to such an extent that the capillary action along the loop 7 is guaranteed.
Circuit-related reasons may require the connection of a conductor track with several components. Such an example is shown in FIG. 4, in which two resistors 2 are to be connected to the conductor tracks 3 and 4. Instead of forming a loop, the two conductor wires 5 are inserted into the opening 6, the opening 6 being dimensioned so that the capillary effect already mentioned occurs between the two conductor pieces 5. The soldering process takes place in all cases in the manner described with reference to FIGS. 1 and 2.
The same method can also be used if two conductor tracks 3 and 4 printed on different sides of the board are to be connected to one another. According to FIG. 5, in this case a wire loop 10 is inserted through the plate opening 6 so that capillaries are also formed here and the loop ends protrude. The soldering process corresponds exactly to the process described in the other examples.