CN101690432B - 连接材料的强制导引 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涂覆连接材料的方法，所述连接材料在至少一个工件的至少一个表面上形成预设的形状，其中，所述连接材料和所述表面具有互补的润湿性能和被润湿性能，并且其中，将所述连接材料(3)涂覆在至少一个表面(2)上，在所述表面(2)上设置造型装置(10、10′)，所述造型装置至少用于所述连接材料的流动状态的持续过程中、接近所述连接材料并且至少部分地围住所述连接材料，其中，相对于连接材料的润湿性能，所述装置具有不被润湿的表面(11、12)，对所述表面进行调整，用以在该不被润湿的表面区域中强制导引尚具有流动性的连接材料的液流，由此形成预设的形状；然后使成型的连接材料进行硬化。

Description

连接材料的强制导引
技术领域
本发明涉及一种涂覆连接材料的方法，所述连接材料在至少一个工件的至少一个表面上形成预设的形状，其中，所述连接材料和所述表面具有互补的润湿性能和被润湿性能，以及涉及一种可以通过所述方法进行涂覆的连接材料。
背景技术
特别地，在将组件配备在载体上的表面安装或表面装配技术(Surface Mounting Technology，SMT)的领域中，例如插入到电路板上的操作，通常在金属连接头与形成在印刷电路板或PCB(印刷电路板)上的焊缝之间采用焊接连接，从而实现机械连接和电连接。
目前，对此为了提供焊缝而在通常由合成材料制成的电路板上放弃了金属涂层的设置，而该金属涂层应该与焊料连接。由此，在电路板和焊料之间寻求采用粘合连接。因为例如如果通过物理汽相沉淀(Physical Vapor Deposition，PVD)的方法而放弃在合成材料上进行镀层，却只具有很小的粘固性能，如焊料上的连接头，这样的粘固性能对于焊接连接的机械强度几乎没有任何贡献。
在推进的焊接边缘处产生的作用力能够用Young公式，即，
gSA＝gLS+gLAcosθ
进行计算，其中，
gSA表示固体的金属工件涂层(例如铜)和空气之间的表面应力，
gLS表示液体的焊料和固体的金属工件涂层之间的表面应力，以及
gLA表示液体的焊料和空气之间的表面应力，而
θ为润湿角度，该润湿角度作为材料被润湿性能的参数。当θ＝0°时，表示焊料液滴基本上作为一分子厚的涂层覆盖在金属工件涂层上；反之，当θ＝180°时，液体的焊料形成锥形结构。本发明中以及在接下来的说明书和权利要求书中，术语“润湿(benetzen(d))”和“被润湿(benetzbar)”表示相对的概念，即，润湿材料指的是具有流动性和可硬化的意思，而被润湿材料指的是在润湿过程中持续具有一个固体状态，其中，各自的材料性能，即润湿性能和被润湿性能实现互补，也就是说，例如，在焊接连接中，润湿材料指的是焊料，而被润湿材料指的是被焊的外部涂层。
发明内容
因此，本发明的目的是提高由润湿作用形成的连接的粘固性能。
本发明解决问题的技术方案由独立权利要求的技术特征来提供。从属权利要求提供了具有优势的和/或优选的实施例。
由此，本发明提供了一种涂覆连接材料的方法，所述连接材料在至少一个工件的至少一个表面上形成预设的形状，其中，所述连接材料和所述表面具有互补的润湿性能和被润湿性能。在此，将所述连接材料涂覆在所述表面上，在所述表面上设置造型装置，所述造型装置至少在用于所述连接材料的流动状态的持续过程中、接近所述连接材料设置，其中，相对于连接材料的润湿性能，所述装置具有不被润湿的表面，从而在该不被润湿的表面区域中强制导引尚具有流动性的连接材料的液流，由此形成预设的形状；然后使成型的连接材料进行硬化。
本发明的一个主要优点在于，通过所述造型装置不被润湿的表面的几何结构，将不再熔化的连接材料通过强制导引的造型结构有目的性和方向性地沿着由被润湿的表面所限定的区域而进行导引。据此，还能够由此充分利用和实现在连接组件表面上的更高的延伸流动(Anfliessen)，所述连接组件导致整体更高的粘固性能。在焊接连接的情况下，例如使所述造型装置的不被焊接的表面由合成材料或陶瓷或能够实现本发明目的相应的其它材料构成，用于实现在金属连接头上更高的延伸流动的优选方法是，使连接头通过采用表面装配技术的焊点而与印刷电路板连接。
附图说明
接下来根据附图所示的优选的、而且仅示例性示出的实施例对本发明其它优点和特征进行详细说明。在附图中示出了：
图1为本发明的接缝连接的示意图，其中示出了形成预设形状的硬化的连接材料；
图2为对应于图1的现有技术的接缝连接的示意图，其中，硬化的连接材料在没有附加造型装置的情况下形成以润湿或被润湿表面的特性为基础的形状；
图3a至3c为例如采用流回方法的现有技术的接缝连接加工的各个步骤的示意图；
图4a至4c为对应于图3a至3c的本发明的接缝连接加工的各个步骤的示意图；
图5为一种设置在电路板上的可替换的造型装置的端部的俯视示意图；
图6为一种相对于图1可替换的本发明的接缝连接的示意图；
图7为又一种相对于图1可替换的本发明的接缝连接的示意图。
具体实施方式
接下来，首先根据图1和图2对本发明的优选实施例进行示例性说明，图1和图2示出了相互对应的接缝连接的半部分结构的简化示意图，这里的接缝连接为焊接连接，其中，根据本发明的图1中的连接材料3强制性地硬化成预设的形状；而根据现有技术的图2中的连接材料在没有附加造型装置的情况下形成以润湿或被润湿表面的特性为基础的形状。
图1和图2都分别清楚地示出了基于合成材料制成的电路板1的局部结构示意图，其中，出于简化目的而并没有示出导体电路。在电路板1上涂覆有金属涂层2，本实施例中该金属涂层由铜制成，该金属涂层与一条或多条导体电路形成电连接。金属涂层或焊缝2以通孔镀层(durchkontaktieren)的方式在电路板上展开。一个在此未详细示出的组件的一个金属连接头4延伸穿过焊缝2，该连接头沿着方向E插入。
连接头4在电路板1上的电连接和机械连接是借由焊接材料来实现的，该焊接材料涂覆在焊缝2以及连接头4上，并且在涂层过程中该焊接材料在连接头4和焊缝2之间从流动状态扩展成硬化状态。为了在此实现润湿，使一方面所采用的焊料和另一方面的焊缝和连接头具有分别互补的润湿性能和被润湿性能。
如图1和图2可知，在本发明的接缝连接(图1)中，附加设有一造型装置10，该造型装置在电路板的表面上，图1中该造型装置设在焊缝2上。该造型装置10具有锥形孔，该锥形孔从电路板1朝着连接头4的插入方向E的反方向渐小，然而为了使连接头能够插入该锥形孔还限定出形成间隔的缝隙。
相对于所采用的焊料3的润湿性能，至少使造型装置10的内表面11具有不被润湿的性能，也就是指在能注意到的情况下该造型装置是不被焊接的。
该附加的造型装置10产生的作用是，使焊料例如在采用流回方法的情况下首先作为焊膏涂在电路板1的被润湿的表面上，该焊料接下来通过连接头4的插入还涂在该连接头的表面上，由此，使焊料在加热和转化之后以流动状态沿着限定在连接头4和造型装置10之间的内部空间20、以及沿着位于连接头4和通孔镀层区域之间的缝隙扩展开。至少在焊料的流动状态的持续过程中，使造型装置10由此继续保持在电路板的表面上，如图1所示。在由此进行强制引导并接下来形成预设形状的方式下而使焊料硬化之后，根据特殊的使用形式可以再将附加的造型装置去掉。
对于图2也就是现有技术的接缝连接加工，例如采用图3a至3c所示的流回方法的各个步骤；而对于图1也就是本发明的接缝连接加工则参见图4a至4c所示的步骤。图3a和图4a示出了具有金属涂层的电路板以及在此基础上于内层镀层的通孔。根据图4a，附加地还设有一造型装置10，该造型装置设置在电路板的“顶部(oberen)”表面上。
图3b和图4b分别示出了涂有焊膏的设置结构，其中，通孔中填充有焊膏，还示出了具有金属涂层的电路板和在此基础上于内层镀层的通孔。根据图4b，还能够在造型装置10的内部填充焊膏。
在图3c和图4c中，电路板配备有未示出的组件，并且在此将一连接头插入通孔中。根据图4c，由本发明还能够实现，在该步骤中首先将造型装置10设置在电路板的“顶部(oberen)”表面上。
在连接头的插入过程中，首先将该连接头压入焊膏，然后再穿过通孔。
接下来，使焊料通过流回工艺以公知的方式进行流动，并且使焊料再逆着插入方向沿着连接头“蠕行(kriecht)”，而且由此根据现有技术也就是在没有采用本发明造型装置10的情况下形成图2所示的特征性的焊料锥形状，或者在采用附加的造型装置10的情况下形成图1所示的预设的形状。最后一步是，为了将焊料转化成流动状态则由此必须相应地采用本发明的造型装置10。
相对于连接材料的润湿性能，本发明的造型装置具有不被润湿的性能，因此，通过采用本发明的造型装置能够对具有流动性的连接材料进行强制导引，并且由此还能够在连接头上产生一个更高的延伸流动。该更高的延伸流动与较大的润湿表面直接作用，由此可以直接实现提高连接位置的粘固性能。
同时，例如图4b所示，还可以提高焊料数量，从而使被润湿的表面例如在连接头的位置上还能够进一步润湿。对于焊料如此提高的数量例如能够通过分级型板(Stufenschablone)或借助于分配器来进行涂层。
造型装置形成的不被润湿的、用于强制导引焊料的表面能够单独通过材料选择而在制造造型装置的过程中来实现，和/或制造之后再通过采用涂覆在表面上的隔离材料或相对应的降低润湿的材料来实现。与不被润湿的表面的特殊结构相互影响的造型装置、焊缝的不被润湿的表面的几何形状也影响到在硬化的连接材料中所能达到的连接的粘固性能。
上述造型装置10具有单独的锥形孔表面，该锥形孔表面用于强制导引具有流动性的连接材料，例如这种造型装置的一个可替换的实施例，即，还可以是一个圆柱形造型装置10′，根据图5，这种圆柱形造型装置包括V形槽或凹口12，该凹口也朝向连接头插入方向的反方向渐小，并且该圆柱形造型装置设有内圆柱形通孔13，该通孔为了使连接头能够插入而限定出形成间隔的缝隙。因此，图5示出了本发明的设置在电路板上的造型装置11′的端部的俯视示意图。
相对于图1的可替换的示意图，例如能够使图6所示的焊缝2这样形成，即，不将连接头插入电路板中，而是将连接头单独地设置在焊缝上。在此使连接材料硬化，并且再去掉造型装置。在此，这种特殊设置，即，在电路板上设有金属涂层以及插入或放置的连接头的端点，该种特殊设置基本上取决于各自的焊接方法。而且，为了将连接材料以本发明的预设形状而进行涂覆，连接头的使用不是必要条件，例如在图7中所示。还是在图7中，在连接材料的流动状态下使用的附加造型装置在连接材料硬化之后可以再去掉。而且，造型装置10或10′例如还能够形成在其它组件上，例如形成在母模状(leisten-artig)的组件上，所述组件具有多个连接头，并且可以通过采用表面装配技术的自动配备机而在传送带上持续供给。
例如，在采用类似图5具有圆形焊缝结构的造型装置的情况下，该焊缝结构是由500μm厚的金属涂层制成，紧接着在金属涂层上放置连接头，在流回工艺之后，得到以下表格所示的数值。
  焊料数量   抗拉强度
  标准方法   250μm   大约60N
  本发明   250μm   大约90N
  本发明   500μm   大约110N
因此，本发明实现了在限定的区域内于硬化之前增加被润湿区域上的连接材料，该限定的区域是指借由流动的、硬化的连接材料所加工成的接缝连接所限定出的区域，从而机械强度在连接材料的硬化之后有所提高。这方面根据本发明主要通过以下来实现，即，通过附加的造型装置不被润湿的表面这样来实现一个典型的360°的包围润湿处理，即，使连接材料在流动状态下进行强制导引，并且因此再更多地润湿剩下的可被润湿的部分。
本发明的方法基本适于采用含铅和不含铅的焊料，还适于采用粘合剂以及任何在硬化之后能够转化成固定形状并且具有润湿性能的具有流动性的连接材料。

Claims (5)

1.一种涂覆连接材料的方法，所述连接材料在至少一个工件的至少一个表面上形成预设的形状，其中，所述连接材料和所述表面具有互补的润湿性能和被润湿性能，所述方法包括以下步骤：
将所述连接材料(3)涂覆在至少一个表面(2)上，在所述表面(2)上设置具有孔的造型装置(10、10′)，所述造型装置至少用于在所述连接材料的流动状态的持续过程中、接近所述连接材料并且至少部分地围住所述连接材料，其中，相对于连接材料的润湿性能，所述装置具有不被润湿的表面(11、12)，所述表面将进行调整，用以在该不被润湿的表面区域中强制导引尚具有流动性的连接材料的液流，由此形成预设的形状，其中，在所述造型装置和一插入到所述孔中的连接头之间限定出缝隙，并且所述连接材料在加热和转化之后以流动状态沿着缝隙扩展开由此还产生所述连接材料在所述连接头上的延伸流动；然后使成型的连接材料进行硬化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置一层具有焊接性能或粘合性能的涂层作为被润湿的表面，并借由焊料形成焊接连接或借由粘合剂形成作为接缝连接的粘合连接。
3.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，为了使连接材料成型，所述装置的不会被所述连接材料(3)润湿的表面(11、12)呈锥形孔结构和/或设有V形凹口。
4.一种具有外形的硬化的连接材料(3)，所述外形是通过采用前述任意一项权利要求所述的方法而预设加工成的。
5.前述任意一项权利要求所述的方法中的造型装置(10、10′)的应用，所述造型装置用于加工硬化的并形成由所述造型装置预设的形状的连接材料。
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