CN102668247B - 无焊电连接 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于连接电子部件、插脚板或者引脚框的第一连接配对件(10，46)和第二连接配对件(24，26；44)之间的无焊电连接(42)。第一连接配对件(10，46)，或者两个连接配对件(10，46，24，26，44)在其各自的接触表面(14，48，54，34，50)上设有OSP涂层(56)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于连接电子部件或者引脚框的第一连接配对件和第二连接配对件之间的无焊电连接。
背景技术
由DE 10 2005 005 127A1已知一种电触头及其制造方法。其描述了一种用于冷接触技术的电触头，该电触头包含一金属基底，该基底上具有涂层。该涂层由将聚合物和/或碳的微粒分散在金属内形成。根据该技术方案，该电触头优选用作插塞接头。在冷接触技术中对两个连接配对件进行挤压，所述连接配对件也可以采用卡接的形式或通过压配合技术实现。由此，例如在端子或套管内插入销，端子或套管上具有涂层，其中可能生成碎屑。根据DE 10 2005 005127A1，单个连接配对件和两个连接配对件都可以具有涂层。
DE 10 2005 062 601A1涉及一种具有被润滑的连接位置的电子设备，以及润滑该连接位置的方法。根据此技术方案，电子设备，尤其是控制单元，该控制单元在至少一个连接位置处设置有第一连接配对件尤其是套管，其与第二连接配对件尤其与销共同作用。该连接位置在两个待连接的连接配对件之间有一个间隙，至少部分固化的润滑剂位于在该间隙内。该润滑剂可以为多组分材料，且该硬化的润滑剂在连接位置的优选轴向的端部至少部分地将连接位置与外部密封。
该固化的润滑剂与至少一个金属碎屑粘合。
参见US 5,498,301和US 5,560,785，由Glicoat SMD有机保焊膜(OSP)(www.electrochemicals.com)已知一种物质“Glicoat SMD F2(LX)”，其被用于涂覆电接触元件和电路板。由其他的制造商例如Enthone处也已知相应的OSP涂层，例如基于苯基咪唑或苯并咪唑的OSP涂层。
在压配合技术中，在另一个部件的插脚板(Steckerleiste)的连接插脚和金属化的电路板孔(套管)之间形成无焊电连接。连接插脚具有坚固的或弹性的压配合区，该压配合区的几何形状通常由制造商专门设计。该压配合区在压配合到电路板套管中时塑性及弹性地变形，并且自身调节以适应套管的直径。以此方式，插脚可直接接触套管。
电路板套管基本上由铜制成，其上有另一涂层作为防止铜氧化的表面。该另一涂层可以是热镀锡层或化学沉积金属化层，例如镍或金或镍/金或锡或银的涂层。另外，该另一涂层可以是有机钝化层，即所谓的OSP(有机表面钝化)“材料”。连接插脚的压配合区通常由铜基材制成，且通常被电镀金属化。如果该电镀金属化层由锡制成，则存在可能形成所谓的锡丝的风险。在此处，锡丝为针状的单晶体锡，其直径为几μm，长度最大为几μm。由于这种导电性的丝，印刷电路板上紧邻设置的开放触点之间或者在连接插脚之间存在短路的风险。如果连接插脚的电镀金属化层是采用其他例如更硬的表面(例如镍或金或银)来制造，则当将连接插脚压入时存在不期望的电路板损坏的风险。
在用作压配合技术的替换方案的卡接技术中，同样例如在部件或者引脚框(Stanzgitter)和金属化的卡接端子的导线之间形成无焊电连接。该卡接端子具有坚固的或弹性的V形缺口，该缺口的几何形状一般由制造商专门设计。在将导线压入卡接端子的V形缺口时，该卡接端子和导线塑性及弹性地变形，并且它们的轮廓相互适应。以此方式，导线可直接接触该卡接端子。
导线通常由铜(更确切的说铜合金)或钢制成，其上具有另一涂层作为防止氧化的表面。该用于防止氧化的另一涂层可以例如是电沉积金属化层，例如铜和锡或铜/镍和锡。卡接技术中的卡接端子通常由铜基材制成，并根据需要被电镀金属化。
如果两个表面之一由锡制成，则存在形成所谓锡丝的风险。锡丝为针状的单晶体锡，其直径为几μm，长度最大为几mm。由于这种导电性的丝，紧邻设置的开放触点之间存在短路的风险。如果电镀金属化层是由其他例如更硬的材料(例如镍或金或银)来制造，则在应用卡接技术时会存在产生非气密连接的风险。如果卡接端子的表面由裸铜或其合金制成，则存在“咬住”的风险，即导线已过早地与卡接端子相结合而不能到达目标位置，从而显著影响连接。
发明内容
根据本发明提出的技术方案，在应用压配合技术时，通过在连接插脚的较大区域上施加OSP涂层使出现锡丝的风险最小化且在具有OSP涂层的电路板上完全避免上述风险。本发明提出的技术方案避免生成锡的碎屑，并且比起镀锡或镀镍的插脚，在压入力更小的情况下第一测试显示出恒定的压入力。因此使对电路板孔的金属化层的损害最小化。
相反，如果使用卡接技术来形成无焊电连接，则通过在一个连接配对件，例如在卡接端子上或在导线上，或者同时在两个连接配对件上施加OSP层，使出现锡丝和碎屑的风险最小化，或者在两侧都具有OSP涂层的表面的情况下可完全避免上述风险。此外能够获得更经济的卡接端子而不会产生不允许的损害。
在一些应用情况下，连接插脚上仅电镀有镍。因此为了仍能够得到足够低的压入力以及对套管有利的压配合连接，在很多情况下在压入之前直接使用润滑剂。在其他一些其它应用中，在使用压配合技术和/或卡接技术来形成无焊电连接时，也会在卡接或压入之前使用润滑剂。在根据本发明提出的技术方案中可完全省略此工序。代替地，在压配合技术情况下连接插脚在制造时已经涂覆有OSP涂层，该涂层可用作压入过程的润滑剂，这也同样适用于卡接技术。
对于这两种技术，即压配合技术和卡接技术，能够通过更便宜的不通电的表面涂层来替代一个或多个电镀层以及通过取消额外应用润滑剂的工序来节省成本。
附图说明
下文将基于附图详细描述本发明。
附图中：
图1示出了压配合技术的原理示意图，其中连接插脚包括具有OSP涂层的压配合区并且沿着压入方向被压入到印刷电路板的金属化的开口中，以及
图2示出了卡接的原理示意图，其中至少一个连接配对件具有OSP涂层。
具体实施方式
下文中的表述OSP涂层应理解为例如通常在电路板技术中所使用的有机钝化层(有机保焊膜)。举例而言，OSP涂层特别是选择性作用的Cu配位化合物，例如苯基咪唑、苯并咪唑、氨基硫醇、醋酸盐、多元醇或二元酮以及其他物质。
根据图1所示，以示意性的方式获知用于形成无焊电连接42的压配合技术的原理。
如图1所示，连接插脚10沿压入方向22压入到电路板26的电路板孔24中。根据图1所示，连接插脚10的尖端之上延伸有压配合区14。在压配合区14的区域内也可以设有开口，使得连接插脚10在压配合区14内由两个互相平行延伸的环片(Steg)构成。连接插脚10在涂覆区域20内设有OSP涂层56。涂覆区域20基本上从压配合区14的上端延伸到连接插脚10的尖端。
通过将连接插脚10压入到电路板26中实现了无焊电连接42。电路板26具有多个电路板孔24，所述孔具有铜金属化层32，并且在该铜金属化层之上有涂层34。涂层34用作位于其下的铜金属化层32的氧化保护，并且在压配合过程中根据所选的材料或多或少地起润滑作用。可使用的涂层34例如为热镀锡层或化学沉积金属化层，例如镍和金或锡或银的涂层以及有机钝化层(OSP)。
连接插脚10的压配合区14通常由铜基材制成且被电镀金属化。压配合区14通常以电镀金属化的方式设有锡金属化层。通过根据本发明所提出的在连接插脚10上施加OSP涂层56(尤其是至少沿着上述压配合区14)取代所谓的金属化层，从而使产生锡丝的风险最小化，或者在已经设有OSP涂层34的印刷电路板26上完全避免该风险。通过根据本发明提出的在压配合区14内的OSP涂层56，尤其有利的是防止形成锡的碎屑。在沿着涂覆区域20延伸的压配合区14范围内的OSP涂层56一方面用作防止出现氧化的保护，另一方面用作特性与镀锡层相似的润滑剂。根据本发明提出的技术方案可以在压入连接插脚之前省去施加润滑剂。代替地，压配合区14可以在制造时已经具有OSP涂层56。尤其对于连接插脚10具有电沉积镍涂层的应用情况，可为其提供本发明的技术方案。为了对于在连接插脚10上有电沉积镍涂层的情况仍能得到足够小的压入力以及与电路板26的良好的压配合连接，在一些情况下会直接在压入之前还施加润滑剂，例如硅胶。在应用本发明的技术方案的情况下，即至少在连接插脚10的压配合区14中施加OSP涂层56的情况下，可以在使用根据本发明的技术方案时省略该工序。在至少在位于涂覆区域20内的压配合区14上施加OSP涂层56之前，可以在该区域内，即至少沿着压配合区14，优选尤其是沿着连接插脚10上的涂覆区域20，电镀Cu，以在连接插脚10的表面上仅提供Cu作为OSP涂层56的对接位置。
在连接插脚10的涂覆区域20内的OSP涂层的化学组分和厚度可通过FIB-切割(聚焦离子束)、UV-光度计或光反射方法(OSPrey)来确定。
在本发明所提出的构思的另一种第二变型实施方式中，无焊电连接被设计为卡接，参见图2。
在根据图2的变型实施方式中示出了形成无焊电连接42的不同阶段。无焊电连接42如下形成：用于连接到电子设备或引脚框的导线44与金属化或未金属化的卡接端子46连接。
无焊电连接的第一连接配对件是可以以金属化的方式实施或没有金属化层地实施的卡接端子46。卡接端子46具有弹性区域，该弹性区域在根据图2的视图中构造为V形结构的缺口48。缺口48在卡接端子46材料中的深度决定了上述材料的弹性和/或为形成该无焊电连接42所施加的装配力。
在根据图2所示的卡接连接的第一变型实施方式中，在金属化或未金属化的卡接端子46中的V形构造的缺口48的接触表面上设有OSP涂层56。
作为第二连接配对件的导线44由铜、铜合金或者由钢制成，其包括防氧化层50。在根据图2的卡接连接的可选的变型实施方式中，导线44的外表面也可以设有OSP涂层56。
最后也还存在的可能性是，基材为铜、铜合金或钢的导线44的外表面以及V形构造的缺口48的接触表面都设有OSP涂层56。
在根据图2所示的本发明所基于的构思的变型实施方式中，存在如下可行性，第二连接配对件(即导线44)中用于与第一连接配对件(即金属化或未金属化地构造的卡接端子46)接触的接触表面仅仅在接触表面的区域内电镀铜。此电镀生成的底铜层(Unterkupferung)用作OSP涂层56的对接位置。
OSP涂层56一方面用来保护防止氧化，另一方面用作润滑剂，其具有与卡接端子46中V形构造的缺口48的内侧上的接触表面的镀锡层相似的特性。因此省去了用于形成卡接连接的润滑剂的施加，进而省去了一整个工序。
此外，参见中间的图示，图2示出了基本上沿竖直方向沿压入方向22插入到V形构造的缺口48中的导线44如何使得金属化或未金属化地实施的卡接端子46沿水平方向扩展58。由于V形缺口48的存在，金属化或未金属化地实施的卡接端子46的上部区域具有相应的弹性，使得作用在无焊电连接42上的力，尤其是用于将导线44固定在卡接端子46中的力不会超过限定的范围。由于V形构造的缺口48的接触表面设有OSP涂层56(在此处作为润滑层)的情况，实现了避免导线44在最初不完全进入V形构造的缺口48中时的“咬住”现象。尤其避免了导线44在到达其最终位置之前已过早地与接触表面的材料相结合，从而完全无法到达其目标位置，即构造在卡接端子46中的V形缺口48的底部。
通过与图2相关示出的本发明的变型实施方式，如根据图2的右图可看出，导线44也可靠地到达了其沿压入方向22观察的在V形构造的缺口48底部的目标位置。作为卡接端子46的接触表面是单独的底铜层的代替方案，卡接端子46在V形缺口48的区域内可以由基材52，例如铜或铜合金制造。
因此，在根据图2的实施例中，设计为OSP涂层56的防氧化层50既被施加在连接导线44的外表面上也被施加在V形缺口48的接触表面上。OSP涂层56在此处还用作润滑剂以降低装配力和确保防止在第一连接配对件(即金属化或未金属化地实施的卡接端子46)与第二连接配对件(在此处为导线44)连接时过早“咬住”。
根据图2的变型实施方式实现了以卡接端子的方式节省材料地进行制造，且不会损坏第一连接配对件或第二连接配对件或它们的金属化层，而且也没有使用锡。因此也避免了形成锡丝的风险。
在根据图2所示的实施例中，为了仅使铜作为OSP涂层56的对接位置，还可以事先在接触表面上电镀铜或敷设铜。
OSP涂层56的化学组分和厚度可通过FIB-切割(聚焦离子束)、UV-光度计或光反射方法(OSPrey)来确定。尤其可使用选择性作用的Cu配位化合物，例如苯基咪唑、苯并咪唑、氨基硫醇、醋酸盐、多元醇或二元酮以及其他物质。
Claims (13)
1.用于连接电子部件或者引脚框的第一连接配对件(10，46)和第二连接配对件(24，26；44)之间的无焊电连接(42)，其特征在于，在压配合技术的情况下第一连接配对件是连接插脚(10)并且其接触表面(14)设有OSP涂层(56)；在卡接技术的情况下第一连接配对件是卡接端子(46)并且第二连接配对件是导线(44)，其中卡接端子(46)和/或导线(44)的接触表面(48，50，54)设有OSP涂层(56)。
2.如权利要求1所述的无焊电连接(42)，其特征在于，卡接端子(46)具有金属化层(54)或不具有金属化层。
3.如权利要求2所述的无焊电连接(42)，其特征在于，第一连接配对件(10，46)由铜或铜合金制成，并且具有金属化层(54)。
4.如权利要求1所述的无焊电连接(42)，其特征在于，在压配合技术的情况下第二连接配对件是电路板(26)中具有涂层(34)或者不具有涂层的铜金属化孔(24)。
5.如权利要求1所述的无焊电连接(42)，其特征在于，导线(44)具有防氧化层(50)。
6.如权利要求4所述的无焊电连接(42)，其特征在于，电路板(26)中的孔(24)具有套管形的金属化层(32)，该金属化层由电沉积的铜制成，在该金属化层上的涂层(34)由Ni、Au、Sn、Ag制成或具有机钝化层OSP(56)。
7.如权利要求2所述的无焊电连接(42)，其特征在于，第一连接配对件(10，46)的OSP涂层(56)是底层电镀铜的。
8.如权利要求1所述的无焊电连接(42)，其特征在于，第一连接配对件(10，46)或者两个连接配对件(10，44；24，26，44)在设有OSP涂层(56)的接触表面(14，48，54；32，34，44，50)上是底层电镀铜的。
9.如权利要求5所述的无焊电连接(42)，其特征在于，卡接端子(46)具有弹性切割区(48)，该切割区的接触表面是底层电镀铜的。
10.如权利要求9所述的无焊电连接(42)，其特征在于，所述弹性切割区(48)为V形的缺口。
11.如权利要求3所述的无焊电连接(42)，其特征在于，第一连接配对件(10，46)或第二连接配对件(24，26，44)上的防氧化层(50，54)是OSP涂层(56)。
12.如权利要求1所述的无焊电连接(42)，其特征在于，OSP涂层(56)包括至少一个选择性作用的Cu配位化合物。
13.如权利要求12所述的无焊电连接(42)，其特征在于，选择性作用的Cu配位化合物从以下组群中选择：苯基咪唑、苯并咪唑、氨基硫醇、醋酸盐、多元醇和/或二元酮。
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