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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines SMD-lötbaren Bauelements, ein SMD-lötbares Bauelement, eine Elektronikeinheit und ein Feldgerät der Automatisi eru ngstechni k.
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In der Automatisierungstechnik, insb. in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte zur Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen eingesetzt. Als Feldgeräte werden dabei im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Dabei handelt es sich beispielsweise um Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Feldgeräte weisen oftmals eine, insbesondere zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehende Sensoreinheit auf, welche der Erzeugung eines von der Prozessgröße abhängigen Signals dient. Ferner weisen diese oftmals eine in einem Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von von der Sensoreinheit erzeugten Signalen, insbesondere elektrischen und/oder elektronischen Signalen, dient. Typischerweise umfasst die Elektronikeinheit zumindest eine Leiterplatte mit darauf angeordneten Bauelementen.
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Die Elektronikeinheit weist oftmals eine Vielzahl von SMD-Bauelementen auf, die mit entsprechenden Kontaktelementen zum Auflöten auf dafür vorgesehene Kontaktflächen auf eine Oberfläche einer Leiterplatte vorgesehen sind. SMD-lötbare Bauelemente (kurz für'Surface Mounted Devices' d.h. oberflächen-montierbare Bauelemente) werden mit ihren Kontaktelementen direkt an für sie vorgesehene Anschlüsse aufgelötet. Hierzu werden die SMD-Bauelemente mit Bestückungsautomaten maschinell auf die mit Lotpaste versehene Kontaktflächen auf der Leiterplatte platziert und gemeinsam mit einem sogenannten Reflow-Lötprozess in einem Reflow-Lötofen aufgelötet. Damit kann gleichzeitig eine Vielzahl von SMD-lötbaren Bauelemente auf der Leiterplatte aufgelötet werden.
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Derartige SMD-Bauelemente nach dem Stand der Technik weisen oftmals selbst eine Vielzahl von Lotverbindungen auf, bspw. zwischen den Kontaktelementen und/oder zwischen weiteren Komponenten des Bauelements. Für den Fall, dass eine derartige Lotverbindung vorliegt, ist es fertigungstechnisch bedingt oftmals sehr anspruchsvoll, einen vorgegebenen Übergangswiderstand zwischen den Kontaktelementen des SMD-lötbaren Bauelements zuverlässig einzustellen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein SMD-lötbares Bauelement anzugeben, das mit einer ausreichend hohen Zuverlässigkeit einen vorgegebenen Übergangswiderstand zwischen seinen Kontaktelementen aufweist.
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Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines SMD-lötbaren Bauelements, wobei das SMD-lötbare Bauelement aufweist:
- -ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement, wobei das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement zum Auflöten auf dafür vorgesehene Kontaktflächen auf eine Oberfläche einer Leiterplatte vorgesehen sind,
- -eine erste Anschlussfläche und eine zweite Anschlussfläche, wobei die erste Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des ersten Kontaktelements gebildet wird, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- A) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf der ersten Anschlussfläche und auf der zweiten Anschlussfläche;
- B) Ausrichten der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche derart, dass die erste Anschlussfläche und die zweite Anschlussfläche einander zugewandt sind;
- C) Zusammenführen der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche, bei dem die Vielzahl der Nanodrähte der ersten Anschlussfläche mit der Vielzahl der Nanodrähte der zweiten Anschlussfläche in Kontakt gebracht wird,
wobei bei dem Zusammenführen eine nicht-lösbare elektrisch leitende erste Verbindung zwischen der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche derart hergestellt wird, dass ein vorgebbarer Übergangswiderstand zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement vorliegt.
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Durch die Verwendung von Nanodrähten auf den Anschlussflächen kann eine elektrisch gut leitende und mechanisch stabile formschlüssige erste Verbindung geschaffen werden, ohne dass gelötet werden muss. Daher ist das SMD-lötbare Bauelement bevorzugt auch frei von Lotverbindungen. Aufgrund der Größe der Nanodrähte ist die Oberfläche der Verbindung vergrößert.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der vorgebbare Übergangswiderstand mittels der Dimension der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche, einer Querschnittsfläche der Nanodrähte und/oder einer Länge der Nanodrähte, und/oder einer Auswahl eines Materials für die Nanodrähte eingestellt.
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Bevorzugterweise weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm (Nanometer) bis 100 µm (Mikrometer) auf. Weiterhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 100 µm, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 µm auf. Dabei bezieht sich der Begriff „Durchmesser“ auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durchmessers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwendeten Nanodrähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser und das gleiche Material aufweisen
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Nanodrähte mittels eines lonenspurätzverfahrens auf der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche bereitgestellt.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Nanodrähte derart auf die erste Anschlussfläche und die zweite Anschlussfläche aufgebracht, dass
- - die Nanodrähte einseitig an der jeweiligen ersten Anschlussfläche oder zweiten Anschlussfläche angebracht sind und sich in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung zu der jeweiligen ersten Anschlussfläche oder zweiten Anschlussfläche erstrecken, und
- - die Nanodrähte die jeweilige erste Anschlussfläche oder zweite Anschlussfläche im Wesentlichen flächig bedecken.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des zweiten Kontaktelements gebildet.
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In einer dazu alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein längliches Widerstandselement bereitgestellt, das einen ersten Endabschnitt und einen dem ersten Endabschnitt in Längsrichtung des Widerstandselement im Wesentlichen gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt aufweist, wobei
- - die zweite Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des ersten Endabschnitts gebildet wird.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine dritte Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des zweiten Kontaktelements und
- - eine vierte Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des zweiten Endabschnitts gebildet,
und wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- D) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf der dritten Anschlussfläche und auf der vierten Anschlussfläche
- E) Ausrichten der dritten Anschlussfläche und der vierten Anschlussfläche derart, dass die dritte Anschlussfläche und die vierte Anschlussfläche einander zugewandt sind,
- F) Zusammenführen der dritten Anschlussfläche und der vierten Anschlussfläche, bei dem die Vielzahl der Nanodrähte der dritten Anschlussfläche mit der Vielzahl der Nanodrähte der vierten Anschlussfläche in Kontakt gebracht wird, wobei bei dem Zusammenführen eine nicht-lösbare elektrisch leitende zweite Verbindung hergestellt wird, zwischen der dritten Anschlussfläche und der vierten Anschlussfläche.
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Auch die zweite Verbindung ist formschlüssig. Alle bisher und/oder nachfolgend genannten Ausgestaltungen, die im Zusammenhang mit der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche und der dazwischen vorliegenden ersten Verbindung erwähnt sind/werden, werden von der Erfindung mutatis mutandis auch für die dritte Anschlussfläche und die vierte Anschlussfläche und ie dazwischen vorliegende zweite Verbindung umfasst.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte B) und C) nachfolgend zu den Schritten E) und F) durchgeführt oder die Schritte B) und C) werden im Wesentlichen gleichzeitig zu den Schritten E) und F) durchgeführt.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Herstellen der nicht-lösbaren ersten Verbindung die erste Verbindung auf eine Fügetemperatur erwärmt und/oder nach dem Herstellen der nicht-lösbaren zweiten Verbindung wird die zweite Verbindung auf eine Fügetemperatur erwärmt.
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Die zusätzliche Erwärmung auf die Fügetemperatur bewirkt eine verbesserte erste/ zweite Verbindung.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Fügetemperatur mehr als 150°C und/oder weniger als eine Aufschmelztemperatur des Widerstandselements, insb. einer Beschichtung des Widerstandselements.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fügetemperatur dadurch erreicht, dass zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement eine Spannung angelegt wird, die einen zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement fließenden elektrischen Strom verursacht. Die Höhe des elektrischen Stroms wird derart gewählt, dass die Fügetemperatur von mindestens 150°C erreicht wird.
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Eine Möglichkeit besteht darin, dass über einen Stromfluss zwischen den beiden Kontaktelementen eine elektrische Leistung eingebracht wird, über die sich die erste oder zweite Verbindung auf die Fügetemperatur erwärmt. Dabei kann insb. die Leistung über einen Stromfluss durch das Widerstandselement eingebracht werden.
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Für den Fall eines Widerstandselements mit einem in Windungen um einen elektrisch isolierenden Kern gewickelten Draht (siehe nachstehend genannte Ausgestaltung) kann die Wärme auch über das bei einem Stromfluss induzierte Magnetfeld induktiv eingebracht werden, ähnlich wie bei einer induktiven Heizplatte.
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Eine weitere Möglichkeit besteht bspw. darin, das SMD-lötbare Bauelement in einem Ofen zu erwärmen.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Übergangswiderstand nach dem Zusammenführen der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche in Schritt C) gemessen.
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Bezüglich des SMD-lötbaren Bauelements wird die Aufgabe gelöst durch ein SMD-lötbares Bauelement, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, wobei das SMD-lötbare Bauelement bleifrei ist und wobei die Nanodrähte ein Metall, insb. Kupfer, Gold, Nickel, Silber, Zink, Zinn, Indium und/oder Platin, aufweisen.
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Zum Schutz der Umwelt und von Personen ist man heute bemüht, den Einsatz von Schwermetallen, wie z.B. Blei oder Quecksilber, zu vermeiden. In diese Richtung zielt auch die RoHS-Richtlinie (Restriction of Certain Hazardous Substances) der Europäischen Union, die den Einsatz bestimmter gefährlicher Stoffe, wie z.B. Blei, in der Elektroindustrie verbietet. Daher ist es von Vorteil ein möglichst bleifreies SMD-lötbares Bauelement anzugeben. Da das SMD-lötbare Bauelement frei von Lotverbindungen ist, kommen insb. auch keine bleihaltigen Lote zum Einsatz.
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In einer Ausgestaltung des SMD-lötbaren Bauelements handelt es sich bei dem SMD-lötbaren Bauelement um eine Überstromschutzeinrichtung, insb. eine Schmelzsicherung, mit einem Auslösestrom, wobei der vorgegebene Übergangswiderstand insb. derart eingestellt ist, dass der Auslösestrom der Überstromschutzeinrichtung zwischen 0,02 und 1 A ist.
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In einer Ausgestaltung des SMD-lötbaren Bauelements weist das erste Kontaktelement ein erstes Metall und das zweite Kontaktelement ein zweites Metall auf, so dass eine durch das Erwärmen auf die Fügetemperatur verursachte mechanische Spannung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement vorliegt. Insbesondere weisen die Metalle einen voneinander verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Durch das Erwärmen auf die Fügetemperatur wird damit zum einen die bereits vorstehend erwähnt die erste und/oder zweite Verbindung verbessert, zum anderen wird die Empfindlichkeit der Überstromschutzeinrichtung erhöht da, ähnlich wie bei einem Bi-Metall Effekt, über die Erwärmung der beiden miteinander verbundenen Kontaktelemente eine mechanische Spannung zwischen diesen eingebracht wird. Hierdurch wird die Sensitivität der Überstromschutzeinrichtung erhöht und dadurch bspw. ein rascheres Auslösen bedingt, im Vergleich zu einer Überstromschutzeinrichtung ohne mechanische Spannung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement.
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In einer Ausgestaltung des SMD-lötbaren Bauelements weist das SMD-lötbare Bauelement eine Abmessung von maximal 20 mm auf, und wobei insb. ein Abstand zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement kleiner als 15 mm ist.
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In einer Ausgestaltung des SMD-lötbaren Bauelements handelt es sich bei dem Widerstandselement um ein in Windungen um einen elektrisch isolierenden Kern gewickelten Draht, wobei insb. der Draht einen Durchmesser kleiner als 50 µm (Mikrometer) aufweist, und wobei insb. der Draht mit einer Verzinnung beschichtet ist, dessen Aufschmelztemperatur größer als 225°C ist.
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Vorteilhaft ist also die Fügetemperatur kleiner als 225°C, so dass es im Falle der Erwärmung auf die Fügetemperatur zu keiner Voralterung des Widerstandselements kommt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Elektronikeinheit mit einer Leiterplatte, wobei auf jeweils dafür vorgesehene Kontaktflächen auf der Oberfläche der Leiterplatte das erfindungsgemäßen SMD-lötbare Bauelement aufgelötet ist.
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In einer Ausgestaltung der Elektronikeinheit ist die Elektronikeinheit für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgestaltet.
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Derartige Elektronikeinheiten müssen sehr hohen Sicherheitsanforderungen hinsichtlich des Explosionsschutzes genügen. Beim Explosionsschutz geht es insb. darum, die Bildung von Funken sicher zu vermeiden oder zumindest sicherzustellen, dass ein im Fehlerfall entstandener Funken keine Auswirkungen auf die Umgebung hat. Hierfür sind in entsprechende Normen eine Reihe von dazugehörigen Schutzklassen definiert, insbesondere in der europäischen Norm IEC 600079-11 und/oder EN60079-11
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Bspw. wird in der Schutzklasse mit dem Namen „Eigensicherheit“ (Ex-i) der Explosionsschutz dadurch erzielt, dass die Werte für eine elektrische Größe (Strom, Spannung, Leistung) zu jeder Zeit jeweils unterhalb eines jeweils vorgegebenen Grenzwertes liegen, damit auch im Fehlerfall kein Zündfunken erzeugt wird. In der weiteren Schutzklasse mit dem Namen „Erhöhte Sicherheit“ (Ex-e) wird der Explosionsschutz dadurch erzielt, dass die räumlichen Abstände zwischen zwei verschiedenen elektrischen Potentialen so groß sind, dass eine Funkenbildung auch im Fehlerfall aufgrund der Distanz nicht auftreten kann. In der weiteren Schutzklasse mit dem Namen „Druckfeste Kapselung“ (Ex-d) müssen Elektronikeinheiten, die gemäß dieser Schutzklasse ausgebildet sind, eine ausreichende mechanische Festigkeit bzw. Stabilität aufweisen.
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Vergleichbare Schutzklassen sind in der amerikanischen Norm FM3610 und/oder der ANSI/UL60079-11 und/oder der kanadischen Norm CAN/CAS C22.2 No. 60079-11 definiert.
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Das SMD-lötbare Bauelement, insbesondere die SMD-lötbare Überstromschutzeinrichtung, wird also bei einer für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgestalteten Elektronikeinheit verwendet. Insb. ist also die Elektronikeinheit gemäß einer Schutzklasse der vorstehend genannten Normen ausgestaltet. Hierbei ist die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Überstromschutzeinrichtung, von besonders großer Bedeutung.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einer erfindungsgemäßen Elektronikeinheit.
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Insbesondere handelt es sich also bei der Elektronikeinheit um eine Elektronikeinheit eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.
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Es zeigen:
- 1: Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements;
- 2: Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements;
- 3: Eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements;
- 4: Eine Ausgestaltung eines Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einer Elektronikeinheit, die eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements aufweist.
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In 1 ist eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements 5 dargestellt. Dieses wird hergestellt, indem ein erstes Kontaktelement 2a und ein zweites Kontaktelement 2b miteinander verbunden werden, dessen Stirnflächen SF jeweils eine erste Anschlussfläche 3a und eine zweite Anschlussfläche 3b bilden.
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Hierzu werden in einem ersten Verfahrensschritt A jeweils auf die erste Anschlussfläche 3a und die zweite Anschlussfläche 3b eine Vielzahl von Nanodrähten ND bereitgestellt, bspw. mittels eines lonenspurätzverfahrens oder eines weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zum Bereitstellen von Nanodrähten ND. Anschließend werden die beiden Anschlussflächen 3b in den Schritten B und C als einander zugewandt ausgerichtet und zusammengeführt, wodurch die auf der jeweiligen Anschlussfläche 3a,3b aufgebrachten Nanodrähten ND eine formschlüssige Verbindung bilden. Mittels der formschlüssigen Verbindung zwischen den Nanodrähten ND wird eine elektrisch leitend erste Verbindung 4a zwischen der ersten Anschlussfläche 3a und der zweiten Anschlussfläche 3b hergestellt.
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Vorteilhaft liegt im Rahmen der Erfindung durch das Herstellen der ersten Verbindung 4a ein vorgebbarer Übergangswiderstand zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b vor. Der vorgebbare Übergangswiderstand wird bspw. über die Dimension der ersten Anschlussfläche 3a und der zweiten Anschlussfläche 3b, einer Querschnittsfläche der Nanodrähte ND und/oder einer Länge der Nanodrähte ND und/oder einer Auswahl eines Materials für die Nanodrähte ND eingestellt. Hierzu kann die fachkundige Person entsprechende Versuchsreihen durchführen. Bevorzugt wird der vorgebbare Übergangswiderstand über die Querschnittsfläche der Nanodrähte ND und das Material für die Nanodrähte ND eingestellt. Das Vorliegen des vorgebbaren Übergangswiderstands zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b kann anschließend überprüft werden, bspw. indem eine konstante Spannung angelegt wird und der zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b fließende Strom gemessen wird, siehe 1, letztes Bild.
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In einer zu der in 1 gezeigten alternativen Ausgestaltung wird zusätzlich zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b ein längliches Widerstandselement 1 bereitgestellt. Wie schon in 1 wird die erste Anschlussfläche 3a durch eine Stirnfläche SF des ersten Kontaktelements 2a gebildet. Das Widerstandselement 1 weist nun an einem ersten Endabschnitt 1a eine erste Stirnfläche SF auf, die die zweite Anschlussfläche 3b bildet. An einem dem ersten Endabschnitt 1a in Längsrichtung des länglichen Widerstandselements 1 gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 1b wird durch eine Stirnfläche SF eine dritte Anschlussfläche 3c gebildet. Diese ist bereits mit einer vierten Anschlussfläche 3d formschlüssig mittels einer elektrisch leitenden zweiten formschlüssigen Verbindung 4b zwischen dem zweiten Endabschnitt 1b und dem zweiten Kontaktelement 2b verbunden. Auch die elektrisch leitende zweite Verbindung 4b wird mittels einer Vielzahl von Nanodrähten ND hergestellt. Erst durch das Herstellen der ersten elektrisch leitenden Verbindung 4a sind das erste Kontaktelement 2a und das zweite Kontaktelement 2b miteinander mit dem vorgebbaren Übergangswiderstand miteinander elektrisch leitend verbunden.
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Bei dem Herstellen der ersten Verbindung 4a und/oder der zweiten Verbindung 4b werden ggf. die jeweiligen Anschlussflächen 3a,3b;3c,3d mittels eines Drucks mit einer Anpresskraft gegeneinandergepresst.
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Als zusätzlicher Verfahrensschritt zum dem Herstellen der ersten Verbindung 4a oder der ersten Verbindung 4a und der zweiten Verbindung 4b kann es noch von Vorteil sein, das SMD-lötbare Bauelement 5 abschließend auf eine Fügetemperatur FT zu erhitzen, vorzugsweise einer Fügetemperatur FT von zumindest 150°C, siehe wieder 1, letztes Bild. Zum Erhitzen kann bspw. über die miteinander elektrisch verbundenen erste und zweite Kontaktelemente 2a,2b eine elektrische Leistung eingebracht werden. Alternativ kann das SMD-lötbare Bauelement 5 in einem Ofen erhitzt werden.
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In einer Ausgestaltung werden als Materialen für das erste Kontaktelement 2a und das zweite Kontaktelement 2b Metalle mit einem unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet. In diesem Fall wird vorteilhaft durch das das Erwärmen auf die Fügetemperatur FT zusätzlich eine mechanische Spannung zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b. verursacht (Bi-Metall-Effekt). Eine zusätzliche mechanische Spannung ist bspw. vorteilhaft, wenn das SMD-lötbare Bauelement 5 als eine Überstromschutzeinrichtung ausgebildet ist, da mittels einer zusätzlichen mechanischen Spannung deren Sensitivität und damit Auslösesicherheit erhöht werden kann.
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In einer in 3 gezeigten dritten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Widerstandselement 1 um ein in Windungen um einen isolierenden Kern 9 gewickelten elektrisch leitenden Draht 8 mit einem Durchmesser von kleiner 50 µm (Mikrometer), wobei in 3 hier nur der erste Endabschnitt 1a des Widerstandselements 1 und das damit verbundene erste Kontaktelement 2a dargestellt sind. Der Draht 8 ist mit einer als Verzinnung ausgestalteten Beschichtung 6 beschichtet.
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Bei dem Kontaktelement 2a handelt es sich hier um eine becherförmige Endkappe mit einer bspw. rechteckigen oder runden Bodenfläche und einer innenliegenden Stirnfläche SF als erste Anschlussfläche 3a. Derartige becherförmige Kontaktelemente 2a,2b werden bspw. bei der Herstellung von SMD-lötbaren Überstromschutzeinrichtungen verwendet, wobei die Überstromschutzeinrichtungen anhand des Übergangswiderstands und dadurch eingestellten Auslösestroms zwischen den Kontaktelementen 2a,2b charakterisiert sind.
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Für den Fall eines Widerstandselements 1 mit einem gewickelten Draht 8 bewirkt ein Stromfluss auch immer ein induziertes Magnetfeld. Wie bei einem Induktionskocher kann die Erwärmung auf die Fügetemperatur FT hier auch mittels einer hochfrequenten Wechselstromschaltung erzeugt werden, welche an die miteinander elektrisch leitend verbundenen Kontaktelemente 2a,2b angelegt wird und das SMD-lötbare Bauelement 5 erwärmende Wirbelströme erzeugt.
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Bevorzugt ist die Fügetemperatur FT jedoch kleiner als eine Aufschmelztemperatur des Widerstandselements 1, insbesondere dessen Beschichtung 6; im Falle einer Verzinnung also zumindest kleiner als 230°C. Aufgrund der beim Erwärmen verwendete Fügetemperatur FT von unter 230°C ist eine Voralterung des Drahts 8, insb. auch ein Aufschmelzen einer Beschichtung 6 des Drahts 8 und eine dadurch bedingte Bildung von Lotperlen zwischen bspw. benachbarten Windungen, wirksam verhindert.
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Das SMD-lötbare Bauelement 5 mit dem vorgebbaren Übergangswiderstand zwischen seinen Kontaktelementen 2a,2b ist anschließend mit den Kontaktelementen 2a,2b auf dafür vorgesehene Kontaktflächen einer Leiterplatte 18 einer Elektronikeinheit 10 in einem SMD-Massenlötverfahren (bspw. einem Reflow-Löten) auflötbar. Das SMD-lötbare Bauelement 5 wird bevorzugt in einer Elektronikeinheit 10 eines Feldgeräts 11 der Automatisierungtechnik eingesetzt. Ein derartiges Feldgerät 11 der Automatisierungstechnik ist in 4 näher dargestellt. Das Feldgerät 11 weist eine, insbesondere zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehende Sensoreinheit 17 auf, welche der Erzeugung eines die Prozessgröße repräsentierenden, bspw. elektrischen und/oder elektronischen, Messsignals, dient.
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Die in einem Transmittergehäuse 19 des Feldgeräts 11 angeordnete Elektronikeinheit 10 dient der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von der von der Sensoreinheit 17 erzeugten Messsignale. Typischerweise umfasst die Elektronikeinheit 10 zumindest eine Leiterplatte 18 mit darauf angeordneten Bauelementen. Auf der Leiterplatte 18 ist das erfindungsgemäße SMD-lötbare Bauelement 5 aufgelötet.
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In der in 4 gezeigten Ausgestaltung weist das Feldgerät 11 eine weitere, als Anzeige-/Eingabeeinheit ausgestaltete Elektronikeinheit 20 auf, mit einem darauf montierten (Touch-)Display. Das erfindungsgemäße SMD-lötbare Bauelement 5 kann selbstverständlich auch auf einer Leiterplatte der als Anzeige-/Eingabeeinheit ausgestalteten Elektronikeinheit 20 aufgelötet sein kann.
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In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem SMD-lötbaren Bauelement 5 um die vorstehend genannten Überstromschutzeinrichtung (d.h. mit der vorstehend genannten Abmessung bzw. dem vorstehend genannten Auslösestrom), welche bei einem Feldgerät 11 eingesetzt wird, das für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgestaltet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Widerstandselement
- 1a, 1b
- erster, zweiter Endabschnitt
- 2a,2b
- erstes, zweites Kontaktelement
- 3a,3b,3c,3d
- erste-vierte Anschlussfläche
- 4a,4b
- erste, zweite Verbindung
- 5
- SMD-lötbares Bauelement
- 6
- Beschichtung
- 8
- Draht
- 9
- isolierender Kern
- 10
- Elektronikeinheit
- 11
- Feldgerät
- 17
- Sensoreinheit
- 18
- Leiterplatte
- 19
- Transmittergehäuse
- 20
- Anzeige-/Eingabeeinheit
- FT
- Fügetemperatur
- SF
- Stirnfläche
- ND
- Nanodrähte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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