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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 063 559 B4 ist ein Elektrolytkondensator bekannt, der eine gute Wärmeableitung aufweist.
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Die Druckschrift
AT 381 410 B zeigt einen Kondensator dessen zu Streifen geplättete Anschlussdrähte unmittelbar auf eine Seitenfläche des Hohlkörpers des Elektrolytkondensators umgeschlagen werden, um so eine ebene Auflagefläche für das Bauelement zu schaffen.
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Die Druckschrift
DE 198 30 820 B4 zeigt ein Bauteil, bei dem durch u-förmig gebogene Anschlussdrähte Spannungen nach der Montage vermieden werden sollen. Ein Teil des Anschlussdrahts berührt den Bauelementkörper, der andere kontaktiert den Träger.
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Auch in der Druckschrift
US 6 310 759 B2 werden u-förmig gebogene Anschlüsse gezeigt.
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Die Zusammenfassung der Druckschrift
JP 08045767 A beschreibt ein Bauelement, dessen Anschlussdrähte vergrößerte Kontaktflächen zur Befestigung durch Löten haben.
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Die Druckschrift
DE 71 48 125 U zeigt einen Kondensator mit einem Anschluss, der aus zwei parallel und aneinander geführten Drähten besteht, von denen nur einer am Kondensatorkörper angeschlossen ist. Dies ermöglicht die Ableitung der Wärme von der Lötstelle ohne zu wirksamen Teilen des Kondensators zu gelangen.
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Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein bedrahtetes elektrisches Bauelement anzugeben, das dazu geeignet ist, mittels eines Reflow-Lötverfahrens verarbeitet zu werden, ohne dass das Bauelement unnötigen Belastungen während des Reflow-Lötverfahrens ausgesetzt ist.
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Die Aufgabe wird durch ein elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 sowie eine Bauelementanordnung nach Anspruch 5 gelöst. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Reflow-Löten eines elektrischen Bauelements nach Anspruch 9 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bauelements sowie des Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Es wird ein elektrisches Bauelement mit wenigstens zwei reflowlötfähigen Bauelementanschlüssen angegeben. Wenigstens einer der Bauelementanschlüsse ist als verlängerter Bauelementanschluss ausgebildet, der ein freies Ende, einen weiteren Bereich, der am Bauelement angeschlossen ist, und einen mittleren Bereich zwischen dem freien Ende und dem weiteren Bereich aufweist, wobei der mittlere Bereich als Lötanschluss zum Verlöten mit einem Träger ausgebildet ist und das freie Ende sich über den Lötanschluss hinaus erstreckt und vom weiteren Bereich beabstandet ist, sodass über das freie Ende Wärme direkt an den Lötanschluss des verlängerten Bauelementanschlusses geführt werden kann.
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In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung wenigstens an dem Bauelementanschluss des elektrischen Bauelements angeordnet, der vorzugsweise keinen direkten elektrischen und thermischen Kontakt zu einem Gehäuse des elektrischen Bauelements aufweist.
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In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung durch wenigstens einen verlängerten Bauelementanschluss gebildet. Vorzugsweise ist der Bauelementanschluss des elektrischen Bauelements, der beispielsweise bei einem Elektrolytkondensator mit dem im Inneren des Bauelements angeordneten Wickel verbunden ist, verlängert.
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Der verlängerte Bauelementanschluss weist einen mittleren Bereich sowie vorzugsweise ein freies Ende auf. Der mittlere Bereich bildet vorzugsweise die Lötstelle des Bauelementanschlusses. Das freie Ende des Bauelementanschlusses ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Wärmeführung vom freien Ende des verlängerten Bauelementanschlusses über die Lötstelle, also dem mittleren Bereich des Bauelementanschlusses, zum elektrischen Bauelement erfolgt. Durch einen verlängerten Bauelementanschluss kann während des Reflow-Lötens mehr Wärme an den Lötanschluss des Bauelements geführt werden, ohne dass die Temperatur im Inneren des Bauelements auf einen kritischen Wert ansteigt.
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Ferner wird eine Anordnung mit Bauelement und Lötblech angegeben. Diese Bauelementanordnung hat ein elektrisches Bauelement und ein Blech, wobei das Bauelement wenigstens zwei reflowlötfähige Bauelementanschlüsse aufweist und an wenigstens einem der Bauelementanschlüsse das Blech derart angeordnet ist, dass es einen mechanischen und thermischen Kontakt zu dem elektrischen Bauelementanschluss aufweist und durch das Blech die Hitze während des Reflow-Lötens an einem Lötanschluss des Bauelementanschlusses konzentriert wird.
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Das Lötblech ist vorzugsweise an wenigstens einem der Bauelementanschlüsse angeordnet, der keinen direkten elektrischen Kontakt zu dem Gehäuse des elektrischen Bauelements aufweist. Vorzugsweise ist das Lötblech an dem Bauelementanschluss des elektrischen Bauelements angeordnet, der beispielsweise bei einem Elektrolytkondensator mit dem im Inneren des Bauelements angeordneten Wickel verbunden ist.
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Durch das Lötblech wird die Fläche des Bauelementanschlusses, an dem das Lötblech angeordnet ist, soweit vergrößert, dass die beim Reflow-Lötverfahren notwendige Wärme an dem Lötanschluss des Bauelementanschluss konzentriert wird und die Temperatur an dem Lötanschluss überhöht.
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In einer Ausführungsform ist wenigstens einer der Bauelementanschlüsse des elektrischen Bauelements derart ausgebildet, dass der Bauelementanschluss an seiner Lötstelle eine gegenüber dem übrigen Bereich des Bauelementanschlusses vergrößerte Grundfläche aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens ein Bauelementanschluss des elektrischen Bauelements derart ausgebildet, dass der Bauelementanschluss eine derart ausreichend große Oberfläche aufweist, dass die während des Reflow-Lötens entstehende Wärme im Bereich einer Lötstelle dieses Bauelementanschlusses konzentriert ist.
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In einer Ausführungsform ist das Bauelement als ein radialer Kondensator mit einem in Innenraum des elektrischen Bauelements angeordneten Kondensatorwickel ausgebildet. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Elektrolytkondensator handeln.
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Besonders bei axialen Kondensatoren ist eine wie zuvor beschriebene Vorrichtung besonders geeignet. Bei axialen Kondensatoren befinden sich zwischen dem Körper und den zwei Lötstellen Drähte, die in direktem Kontakt zu der Umgebungsluft stehen. Bei Axialkondensatoren ist der Minusdraht vorzugsweise direkt mit dem Gehäuse des Kondensatorkörpers verbunden.
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Durch die oben angegebene Vorrichtung wird die Oberfläche des Plusdrahtes vergrößert, so dass es zu einer schnelleren Erwärmung des Plusdrahtes kommt. Dies kann beispielsweise durch eine Verlängerung des Plusdrahtes über die Lötstelle hinaus beziehungsweise durch ein zusätzlich angebrachtes Lötblech erfolgen.
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Das zuvor beschriebene Verfahren eignet sich auch für radiale Elektrolytkondensatoren. Bei radialen Elektrolytkondensatoren sind die elektrischen Bauelementanschlüsse für gewöhnlich nicht mit dem Gehäuse des Kondensators verbunden, sondern weisen einen direkten thermischen Kontakt zu den Wickeln im Inneren des Gehäuses auf.
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Mit einer der zwei zuvor beschriebenen Vorrichtungen kann die Wärmeaufnahmefähigkeit der elektrischen Bauelementanschlüsse vergrößert werden, so dass beispielsweise auch radiale Elektrolytkondensatoren in einem Reflow-Lötverfahren auf einer Leiterplatte verlötet werden können.
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Eine zuvor beschriebene Vorrichtung ist jedoch nicht auf die Verwendung bei Kondensatoren beschränkt. Die Vorrichtung ist generell überall dort verwendbar, bei dem eine Wärme aufnehmende Fläche eines elektrischen Bauelements vergrößert werden soll, so dass eine Beschädigung des elektrischen Bauelements durch unzulässige starke Erwärmung verhindert wird. Vorzugsweise ist die beschrieben Vorrichtung für bedrahtete elektrische Bauelemente geeignet.
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Zum Reflow-Löten des elektrischen Bauelements wird eine Vorrichtung an einem Bauelementanschluss, der keinen direkten elektrischen Kontakt zu einem Gehäuse des elektrischen Bauelements aufweist, angebracht. Die Vorrichtung kann beispielsweise durch ein Lötblech beziehungsweise durch einen verlängerten Bauelementanschluss ausgeführt sein. In einem weiteren Schritt wird das elektrische Bauelement mit angebrachtem Lötblech beziehungsweise mit verlängertem Bauelementanschluss auf einem Träger aufgesetzt, wobei das Gehäuse des elektrischen Bauelements von dem Träger wenigstens 1 mm beabstandet ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das elektrische Bauelement mit angebrachtem Lötblech beziehungsweise mit verlängertem Bauelementanschluss mit dem Träger verlötet.
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Die Wärme, die während des Lötprozesses auf das elektrische Bauelement mit angebrachtem Lötblech beziehungsweise mit verlängertem Bauelementanschluss einwirkt, wird größtenteils durch das Lötblech beziehungsweise durch den verlängerten Bauelementanschluss aufgenommen und nicht in das Innere des elektrischen Bauelements abgegeben. An der vorgesehnen Lötstelle ergibt sich deshalb eine überhöhte Temperatur im Vergleich zu einem elektrischen Bauelement ohne die lösungsgemäße Vorrichtung.
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Das Reflow-Löten wird häufig zur Lötmontage von SMD-Bauelementen eingesetzt. SMD-Elemente weisen für gewöhnlich ein relativ kleines Volumen auf. Durch das geringe Volumen der SMD-Bauelemente können diese in einem Reflow-Lötofen schnell auf die nötige Löttemperatur im Bereich von ungefähr 200 bis 300°C gebracht werden. Bei größeren Bauelementen wird eine längere Erwärmzeit beziehungsweise höhere Ofentemperatur benötigt, die zu einer thermischen Überbelastung der kleineren Bauelemente in der Umgebung führt. Besonders bei sehr großen Bauelementen kann es vorkommen, dass die für diese sehr großen Bauelemente nötigen Temperaturprofile die verwendete Lötanlage überfordern.
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Bei einigen elektrischen Bauelementen, wie zum Beispiel Elektrolytkondensatoren, führen die notwendigen hohen Löttemperaturen zu einem Überdruck im Inneren des Bauelements. Dieser Überdruck führt bei elektrischen Bauelementen mit großen Abmessungen zu sehr hohen Kräften, wodurch Änderungen beziehungsweise teurere und kritische Konstruktion an den elektrischen Bauelementen erforderlich sind. Hinzu kommt, dass bei dem Wechsel der Lötverfahren zu einem bleifreien Löten höhere Löttemperaturen notwendig sind, die diese Probleme sogar noch verstärken. Um diese Probleme zu lösen, ist es möglich, dass die Bauelemente temperaturstabiler gebaut werden beziehungsweise eine bessere thermische Isolierung aufweisen. Durch diese temperaturstabile Bauweise beziehungsweise durch die bessere Isolierung der Bauelemente treten jedoch Probleme beim Betrieb mit Wechselströmen auf, da es hierbei zu einer schlechteren Wärmeabführung aus dem Inneren des Bauelements kommen kann.
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Des Weiteren ist es möglich, große Bauelemente nach dem Reflow-Löten der kleineren SMD-Bauelemente mittels einer Sonderlötung wie beispielsweise einer Tiegellötung oder durch Einpressen mit der Leiterplatte zu verbinden. Dies führt jedoch zu einem weiteren Prozessschritt, der mit weiteren Kosten verbunden ist.
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Mit einem elektrischen Bauelement mit einer wie zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Wärmeführung sowie einem zuvor beschriebenen Verfahren werden diese Probleme jedoch größtenteils umgangen, so dass selbst größere elektrische Bauelemente in einem Reflow-Lötverfahren auf eine Leiterplatte gelötet werden können.
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Die oben beschriebenen Gegenstände beziehungsweise Verfahren werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen, vielmehr können Darstellungen in einzelnen Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines als axialer Elektrolytkondensator ausgeführten elektrischen Bauelements,
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2A ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als radialer Elektrolytkondensator ausgeführten elektrischen Bauelements,
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2B eine andere Schnittdarstellung des elektrischen Bauelements gemäß 2A,
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3 einen Ausschnitt des Bauelementanschlusses eines elektrischen Bauelements,
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4 den Verlauf der Temperatur an verschiedenen Stellen eines elektrischen Bauelements während des Reflow-Lötens,
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5 die Stanzform eines Lötbleches,
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6 ein Lötblech gemäß der Stanzform nach 5 in montagebereitem Zustand,
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7 den schematischen Montagevorgang eines Lötbleches gemäß den 5 und 6 an einem Bauelementanschluss eines elektrischen Bauelements,
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8 ein elektrisches Bauelement mit Lötblech,
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9 den Temperaturverlauf an mehreren Stellen eines elektrischen Bauelements während des Reflow-Lötprozesses,
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10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lötbleches an einem elektrischen Bauelement,
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11 eine weitere Ausführungsform des elektrischen Bauelements mit Lötblech,
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12 eine weitere Ausführungsform des elektrischen Bauelements mit Lötblech sowie mit einem verlängertem Bauelementanschluss,
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13 eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Bauelements mit Lötblech und einem Abstand von einem Träger,
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14 eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Bauelements mit einer weiteren Ausführungsform des Lötbleches.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bauelements 1 gezeigt, das als axialer Elektrolytkondensator ausgeführt ist. Das elektrische Bauelement 1 weist zwei Bauelementanschlüsse 2, 3 auf, wobei ein erster Bauelementanschluss 2 mit einem im Inneren des elektrischen Bauelements 1 angeordneten Kondensatorwickel verbunden ist. Das elektrische Bauelement 1 weist einen zweiten Bauelementanschluss 3 auf, der einen direkten elektrischen und thermischen Kontakt zu einem Gehäuse 6 des elektrischen Bauelements 1 aufweist. Das elektrische Bauelement 1 ist auf einem Träger 12 angeordnet, wobei das Gehäuse 6 des elektrischen Bauelements 1 nicht direkt auf dem Träger 12 aufliegt. Die Bauelementanschlüsse 2, 3 sind mit Leiterbahnen auf dem Träger 12 elektrisch leitend über Lötanschlüsse 11 verbunden.
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Der Träger 12 weist vorzugsweise im Bereich der Lötanschlüsse 11 des elektrischen Bauelements 1 Leiterbahnen auf, die das elektrische Bauelement 1 mit möglichen weiteren elektrischen Komponenten auf dem Träger 12 elektrisch leitend verbinden. Die Leiterbahnen sind in der 1 und in den weiteren Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Leiterbahnen auf dem Träger 12 weisen keine Eigenschaften auf, die über bekannte Leiterbahnen hinausgehen.
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Der erste Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 weist einen verlängerten Bauelementanschluss 7 auf. Der verlängerte Bauelementanschluss 7 ist derart ausgebildet, dass ein mittlerer Bereich 7a des verlängerten Bauelementanschlusses 7 mit den Leiterbahnen auf dem Träger 12 im Bereich eines Lötanschlusses 11 verbunden ist. Ein freies Ende 7b des verlängerten Bauelementanschlusses 7 erstreckt sich über den Lötanschluss 11 hinaus. Der Bereich zwischen dem freien Ende 7b des verlängerten Bauelementanschlusses 7 und dem mittleren Bereich 7a ist vorzugsweise von dem weiteren Bereich 7c des verlängerten Bauelementanschlusses 7 zwischen dem elektrischen Bauelement 1 und dem mittleren Bereich 7a des verlängerten Bauelementanschlusses 7 beabstandet. Dadurch ist keine direkte Wärmebrücke vom freien Ende 7b des verlängerten Bauelementanschlusses 7 zu dem elektrischen Bauelement 1 vorhanden. Durch den verlängerten Bauelementanschluss 7 wird Wärme während des Reflow-Lötprozesses an die Lötanschlussstelle 11 geführt, wobei nur ein geringer Anteil der Wärme über den weiteren Bereich 7c des verlängerten Bauelementanschlusses 7 in den Innenraum des elektrischen Bauelements 1 gelangt. Dadurch wird der im Inneren des elektrischen Bauelements 1 angeordnete Wickel somit nicht übermäßig stark erwärmt. Der zweite Bauelementanschluss 3 weist in der dargestellten Ausführungsform keine Vorrichtung auf, da die Wärme an der Lötstelle 11 für eine Reflow-Lötung bereits ausreicht.
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2A zeigt eine weitere Ausführungsform des elektrischen Bauelements 1, das als radialer Elektrolytkondensator ausgeführt ist. Das elektrische Bauelement weist zwei Bauelementanschlüsse 20, 30 auf, die keinen direkten elektrischen beziehungsweise thermischen Kontakt zu dem Gehäuse 6 des elektrischen Bauelements 1 aufweisen. Das elektrische Bauelement 1 ist auf einem Träger 12 angeordnet, wobei das Gehäuse 6 des elektrischen Bauelements 1 von dem Träger 12 beabstandet ist. Das elektrische Bauelement 1 ist über die Bauelementanschlüsse 20 und 30 mittels Leiterbahnen auf dem Träger 12, die nicht dargestellt sind, elektrisch leitend verbunden.
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Um eine unnötige Erwärmung des Innenraums des elektrischen Bauelements 1 während des Reflow-Lötprozesses zu vermeiden, weist das elektrische Bauelement 1 verlängerte Bauelementanschlüsse 7 auf. Der verlängerte Bauelementanschluss 7 weist ein freies Ende 7b auf. Das freie Ende 7b ist über den mittleren Bereich 7a des verlängerten Bauelementanschlusses 7 mit Leiterbahnen auf dem Träger 12 an Lötstellen am Anschluss 11 verbunden. Durch den verlängerten Bauelementanschluss 7 kann über das freie Ende 7b Wärme direkt an den Lötanschluss 11 im mittleren Bereich 7a des verlängerten Bauelementanschlusses 7 geführt werden. Dadurch gelangt möglichst wenig Wärme über die Bauelementanschlüsse 20, 30 in den Innenraum des elektrischen Bauelements 1.
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2B zeigt eine Schnittdarstellung der Draufsicht des elektrischen Bauelementes 1 gemäß 2a. Das elektrische Bauelement 1 weist zwei Bauelementanschlüsse 20, 30 auf. Die Bauelementanschlüsse 20, 30 des elektrischen Bauelements 1 weisen keinen direkten elektrischen beziehungsweise thermischen Kontakt zu dem Gehäuse 6 des elektrischen Bauelements 1 auf. Die Bauelementanschlüsse 20, 30 des elektrischen Bauelements weisen verlängerte Bauelementanschlüsse 7 auf, wobei die freien Enden 7b der verlängerten Bauelementanschlüsse 7, die in der Draufsicht nur als Punkt dargestellt sind, von den Bauelementanschlüssen 20, 30 des elektrischen Bauelements 1 beabstandet sind. Der mittlere Bereich 7a der verlängerten Bauelementanschlüsse liegt außerhalb der Schnittebene und ist daher in der 2B nicht dargestellt ist.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines verlängerten Bauelementanschlusses 7 eines elektrischen Bauelementes gemäß den 1, 2a und 2b. Der verlängerte Bauelementanschluss 7 ist derart ausgeführt, dass er ein freies Ende 7b aufweist, das über einen mittleren Bereich 7a zu dem Bauelementanschluss 2 führt. Das freie Ende 7b ist vorzugsweise von dem Anschluss 2 beabstandet. Der verlängerte Bauelementanschluss 7 ist derart ausgeführt, dass die Wärmeaufnahme am freien Ende 7b des elektrischen Bauelements 1 erfolgt und an den mittleren Bereich 7a, an dem der Lötanschluss 11 des elektrischen Bauelements erfolgt, geführt wird. Im Bereich des Bauelementanschluss 2 und im Inneren des elektrischen Bauelements 1 weist das elektrische Bauelement 1 nur eine geringe, für das elektrische Bauelement 1 unkritische Wärmeaufnahme auf. Durch eine derartige Wärmeführung wird die Wärme primär an den mittleren Bereich 7a, an dem der Lötanschluss 11 des elektrischen Bauelements 1 erfolgt, geführt, so dass möglichst wenig Wärme über den weiteren Bereich 7c des verlängerten Bauelementanschlusses 7 in den Innenraum des elektrischen Bauelements 1 gelangen kann und dort zu keiner unerwünschten Erwärmung führt.
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4 zeigt schematisch den Temperaturverlauf an mehreren Stellen eines elektrischen Bauelements während des Aufenthalts in einem Reflow-Lötofen. Auf der x-Achse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Temperatur in °C dargestellt. Die Temperatur des Lötofens ist durch einen strichpunktartigen Kurvenverlauf dargestellt. Die Temperatur des Ofens steigt nach etwa 30 s innerhalb weniger Sekunden steil auf etwa 250°C an. Die Temperatur des Ofens steigt für die weiteren zirka 170 s weiter leicht auf zirka 270°C an. Nach etwa 240 s kühlt sich der Ofen wieder ab, wobei die Temperatur des Lötofens schnell auf die Ausgangstemperatur am Anfang der Messung abfällt. Nach einer Gesamtzeit von etwa 300 s ist die Temperatur des Lötofens wieder ungefähr bei der Ausgangstemperatur angelangt.
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Die Temperatur, die während des Aufenthalts des elektrischen Bauelements am Gehäuse anliegt, ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die Temperatur des Gehäuses steigt mit dem Aufheizen des Ofens langsam an, wobei sie bis zum Ende der Heizphase des Ofens eine Temperatur von zirka 180°C erreicht. Danach fällt die Temperatur des Gehäuses langsam ab.
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Die Temperatur, die an der Lötstelle des Minuspols des elektrischen Bauelements, der mit dem Gehäuse direkt verbunden ist anliegt, ist mittels einer gestrichelten Linie dargestellt. Die Temperatur an der Lötstelle des Minuspols steigt während der gesamten Heizphase des Lötofens bis auf ungefähr 215°C an. Nach der Beendigung der Heizphase des Ofens fällt die Temperatur an der Lötstelle des Minuspols wieder langsam ab. Am Ende der Temperaturmessung weist das elektrische Bauelement an der Lötstelle des Minuspols noch eine Temperatur von etwa 100°C auf.
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Der Temperaturverlauf der Lötstelle des Pluspols, der einen verlängerten Bauelementanschluss gemäß 3 aufweist, ist mittels einer gepunkteten Linie dargestellt. Die Temperatur an der Lötstelle des Pluspols des elektrischen Bauelements steigt während der gesamten Heizphase des Lötofens parallel zur Temperatur des Minuspols an. Anschließend fällt die Temperatur wieder langsam ab. Am Ende der Temperaturmessung weist das elektrische Bauelement an der Lötstelle des Pluspols noch eine Temperatur von etwa 100°C auf.
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Das elektrische Bauelement weist im Bereich der Lötstellen des Plus- und Minuspols in etwa einen ähnlichen Temperaturverlauf auf. Die Temperatur an den Lötstellen des Plus- und Minuspols ist ausreichend, um eine sichere Reflow-Lötung des elektrischen Bauelements zu ermöglichen. Das Gehäuse des elektrischen Bauelements erreicht während des gesamten Aufenthalts im Lötofen eine maximale Temperatur von zirka 180°C. Das Gehäuse wird somit nicht so stark erwärmt, dass die Erwärmung zu einer Beschädigung des elektrischen Bauelements führen würde.
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5 zeigt schematisch eine Stanzform einer Ausführungsform eines Lötbleches 8. Das Lötblech 8 weist zwei Drahtklemmen 9 auf, mit denen das Lötblech 8 an einen Bauelementanschluss eines elektrischen Bauelements geklemmt werden kann. Damit das Lötblech 8 auch beim Lötprozess einen stabilen Stand aufweist, weist das Lötblech 8 Abstützvorrichtungen 10 auf. Zur elektrischen, mechanischen und thermischen Kontaktierung des Lötbleches 8 an einem Substratträger sind an dem Lötblech 8 Lötanschlüsse 11 angeordnet. Die Lötanschlüsse 11 sowie die Drahtklemmen 9 sind derart ausgeführt, dass sie um 90° abgewinkelt werden können. Die Lötanschlüsse 11 sind in der dargestellten Ausführungsform als SMD-Lötpads ausgeführt. Die Lötanschlüsse 11 können jedoch auch jede andere geeignete Form aufweisen.
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6 zeigt das Lötblech 8 gemäß der 5 in montagebereiter Form. Die Drahtklemmen 9 sowie die Lötanschlüsse 11 sind im 90°-Winkel zu dem Lötblech 8 angeordnet. Durch die Abstützvorrichtungen 10, die in dieser Darstellung nicht zu erkennen sind, und die Lötanschlüsse 11 weist das Lötblech 8 einen stabilen Stand auf.
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In 7 ist die Montage eines Lötbleches 8 gemäß den 5 und 6 an einem Bauelementanschluss 2 eines elektrischen Bauelements 1 schematisch dargestellt. Das Lötblech 8 wird mit den Drahtklemmen 9 an dem Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 befestigt. Die Drahtklemmen 9 des Lötbleches 8 sind im 90° Winkel angeordnet. Der Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass das Lötblech 8 mittels der Drahtklemmen 9 den Bauelementanschluss 2 klemmen kann.
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8 zeigt eine Ausführungsform des elektrischen Bauelements 1 mit angebrachtem Lötblech 8. Das Lötblech 8 ist an einem ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 angeordnet. Der erste Bauelementanschluss 2 weist vorzugsweise keinen direkten elektrischen Kontakt zu dem Gehäuse des elektrischen Bauelements 1 auf. Das elektrische Bauelement 1 weist einen zweiten Bauelementanschluss 3 auf. Der zweite Bauelementanschluss 3 ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass er einen direkten elektrischen thermischen Kontakt zu dem Gehäuse des elektrischen Bauelements 1 aufweist. Das Lötblech 8 ist vorzugsweise derart an dem ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 angebracht, dass die Drahtklemmen 9 des Lötbleches 8 den ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 festklemmen. Das elektrische Bauelement 1 ist über das Lötblech 8 an dem ersten Bauelementanschluss 2 im Bereich des Lötanschlusses 11 mit Leiterbahnen eines Trägers 12 elektrisch kontaktiert.
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Der zweite Bauelementanschluss 3 des elektrischen Bauelements 1 ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass er an den Lötanschluss 11 des zweiten Bauelementanschlusses 3 einen Bereich mit einer vergrößerten Oberfläche aufweist. Eine vergrößerte Oberfläche des zweiten Bauelementanschlusses 3 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Draht des zweiten Bauelementanschlusses 3 teilweise gequetscht und dadurch verbreitert wird. Dadurch entsteht eine größere Oberfläche, mit dem das elektrische Bauelement 1 an den Bauelementanschluss 3 leichter mit Leiterbahnen des Trägers 12 verlötet werden kann.
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9 zeigt schematisch einen Temperaturverlauf an mehreren Stellen eines elektrischen Bauelements während des Aufenthalts in einem Reflow-Lötofen. Auf der x-Achse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen, auf der y-Achse ist die Temperatur in °C dargestellt. An dem Pluspol des elektrischen Bauelements ist ein Lötblech gemäß den 5 bis 7 angebracht. Die 9 zeigt einen weiteren Temperaturverlauf, der im Bereich des Lötanschlusses des angebrachten Lötblechs gemessen wurde. Der Temperaturverlauf am Lötanschluss des Lötbleches ist durch eine hellgraue durchgezogene Linie dargestellt. Die Temperatur am Lötanschluss weist einen ähnlichen Verlauf auf, wie die Temperatur am Minus- beziehungsweise am Pluspol des elektrischen Bauelements, wobei die Temperatur im Maximum bei etwa 250°C liegt und die Wärme durch die große Oberfläche des Lötbleches wieder schneller an die Umgebung abgibt. Durch das am Pluspol angebrachte Lötblech steigt die Temperatur am Lötanschluss des Pluspols des elektrischen Bauelements etwa so stark wie am Minuspol. Der Temperaturverlauf an der Lötstelle des Pluspols weist in etwa den gleichen Verlauf, wie an der Lötstelle des Minuspols des elektrischen Bauelements auf. Die heißeste Stelle des Bauelementkörpers, der Becherboden, erreicht nur eine Temperatur von 200°C.
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10 zeigt eine weitere Ausführungsform des Lötbleches 8. In der dargestellten Ausführungsform ist das Lötblech 8 stirnseitig an einem ersten Bauelementanschluss 2 eines elektrischen Bauelements 1 angeordnet. Das Lötblech 8 weist eine dreieckige Grundform auf. Mit einer Seitenkante des Dreiecks steht das Lötblech 8 auf einem Träger 12 auf und ist mit Lötanschlüssen 11 an diesen kontaktiert. Zur Befestigung des Lötbleches 8 an dem ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 weist das Lötblech 8 eine Drahtklemme 13 auf. Die Drahtklemme 13 des Lötbleches 8 ist in der dargestellten Ausführungsform als annähernder Halbrundbogen ausgeführt, der auf dem ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 aufgeschnappt ist.
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11 zeigt eine weitere Ausführungsform des elektrischen Bauelements 1 mit einem Lötblech 8, das an dem ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 angeordnet ist. Die Bauelementanschlüsse 2, 3 des elektrischen Bauelements 1 sind derart ausgeführt, dass die Lötanschlüsse 11 der Bauelementanschlüsse 2, 3 unter dem elektrischen Bauelement 1 angeordnet sind. Die elektrische Kontaktierung des elektrischen Bauelements 1 für die Lötanschlüsse 11 an den Leiterbahnen des Trägers 12 sind somit Platz sparender ausgeführt. Das Lötblech 8 ist mittels Drahtklemmen 9 an dem ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 angeordnet.
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In 12 ist eine weitere Ausführungsform des elektrischen Bauelements 1 dargestellt. Die Ausführungsform in 12 ähnelt der bereits in der 8 gezeigten Ausführungsform des elektrischen Bauelements 1. Der zweite Bauelementanschluss 3 des elektrischen Bauelements 1 weist im Unterscheid dazu einen verlängerten Bauelementanschluss 15 auf. Der verlängerte Bauelementanschluss 15 ist derart ausgeführt, dass das freie Ende 15b des verlängerten Bauelementanschlusses 15 über den Lötanschluss 11 im mittleren Bereich 15a des verlängerten Bauelementanschlusses 17 aus dem Gehäuse des elektrischen Bauelements 1 geführt ist. Der mittlere Bereich 15a des verlängerten Bauelementanschlusses 15 ist in der dargestellten Ausführungsform im Bereich der Lötstelle 11 verbreitert und über eine kurze Strecke parallel zu dem Träger 12 geführt. An dem ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 ist ein Lötblech 8 gemäß den 5 bis 7 angeordnet.
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13 zeigt eine weitere Ausführungsform des elektrischen Bauelements 1. Das elektrische Bauelement 1 ist in der dargestellten Ausführungsform von dem Träger 12, vorzugsweise wenigstens 1 mm beabstandet. An dem ersten Bauelementanschluss 2 des elektrischen Bauelements 1 ist ein Lötblech 8 mittels Drahtklemmen 9 angebracht. Der zweite Bauelementanschluss 3 des elektrischen Bauelements 1 weist vorzugsweise einen verbreiterten Lötanschluss 11 auf.
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14 zeigt eine weitere Ausführungsform des elektrischen Bauelements 1, die ähnlich zu der Ausführungsform in 8 ist. Das Lötblech 8 weist in der dargestellten Ausführungsform zusätzliche seitliche Abstützvorrichtungen 10 auf. Durch diese seitlichen Abstützvorrichtungen 10 kann eine höhere Stabilität erreicht werden. Das Gehäuse 6 des elektrischen Bauelements 1 wird durch die zusätzlichen Abstützvorrichtungen 10 seitlich gestützt. Die Abstützvorrichtungen 10 des Lötblechs 8 können zusätzlich durch Klemmen oder Kleben an dem Gehäuse 6 des elektrischen Bauelements 1 befestigt sein, wodurch die Stabilität weiter erhöht ist.
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Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildungen der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass das elektrische Bauelement mit mehreren Lötblechen oder mit mehreren verlängerten Bauelementanschlüssen versehen ist, die für einen optimalen Wärmetransport an die Lötanschlüsse des Bauelements führen, so dass das elektrische Bauelement in einem Reflow-Lötverfahren verarbeitet werden kann.
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Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt; vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen, soweit technisch sinnvoll, beliebig miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrisches Bauelement
- 2, 3
- Bauelementanschluss
- 4
- Vorrichtung
- 5
- Lötstelle
- 6
- Gehäuse des elektrischen Bauelements 1
- 7
- verlängerter Bauelementanschluss
- 7a
- mittlerer Bereich des verlängerten Bauelementanschlusses 7
- 7b
- freies Ende des verlängerten Bauelementanschlusses 7
- 7c
- weiterer Bereich des verlängerten Bauelementanschlusses 7
- 8
- Lötblech
- 9, 13
- Drahtklemme
- 10
- Abstützvorrichtung
- 11
- Lötanschluss
- 12
- Träger
- 15
- verlängerter Bauelementanschluss
- 15a
- mittlerer Bereich des verlängerten Bauelementanschlusses 7
- 15b
- freies Ende des verlängerten Bauelementanschlusses 7
- 15c
- weiterer Bereich des verlängerten Bauelementanschlusses 7
- 20, 30
- Bauelementanschluss
