DE1640471A1

DE1640471A1 - Verfahren zum Verbinden eines duennen Drahtes mit einer Anschlussklemme

Info

Publication number: DE1640471A1
Application number: DE19661640471
Authority: DE
Inventors: Christian Stanley George; Reinitz Edward Glen; Rzant Adolph William
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-06-30
Filing date: 1966-06-29
Publication date: 1970-08-20
Also published as: GB1097287A; US3384958A; DE1640471B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden eines dünnen Drahtes mit einer Anschlußklemme. Die Verbindung erfolgt dabei gemäß der Erfindung dadurch, daß der einen Überzug aus einem Hartlötmaterial tragende Draht gegen die Anschlussklemme gedrückt und sein Überzug durch kurzzeitige örtlich begrenzte Wärmezufuhr geschmolzen wird und nach dem Erstarren eine feste Verbindung mit der Anschlußklemme bildet. Die Wärme für das Schmelzen des Überzuges wird dabei vorteilhaft aus elektrischer Energie gewonnen.

Haelisinem weiteren Merkmal der Erfindung wird für äas Verbinden mit ©iner Anschlußklemme sin Draht verwendet, dessen Übsrsug aus Hartlötmaterial su 82,5$ aus Kupfer, zu ίζ,'ρ aus Silber und au 2,5^ aus Phosphor besteht»

OemäS einem anderen Merkmal der Erfindung wlvä eis B^alit verwendet, der einen Kupferkern aufweist, tiessea Durcimssser 90 - 99$ Brahtdurohmessers tee trägt, d©^ kleiner als O₅ ©6 aia ist_e

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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, von denen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die andeutet, wie ein plattierter Zylinder zu einem schmalen plattierten Draht gezogen wird,

Pig. 2 eine schematische Darstellung, in der ein gedehnter, plattierter Draht eine Spule für einen Magnetkopf bildet, deren beide Enden für eine Verbindung mit Klemmen angeordnet sind,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Verbindung des isolierten plattierten Drahtesmit einem auf einer Kunststoffplatte aufgebrachten Leiter, wobei auch eine elektrische Schaltung zum Erzeugen zweier Stromimpulse dargestellt ist,

Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt der Elektrode, für das Hartlöten des Drahtes und der Klemme, der zeigt, daß die Isolation von dem Draht teilweise entfernt ist und

Fig. 5 eine Ansicht, die den Zustand nach der metallischen Verbindung des Drahtes mit der Klemme zeigt.

In Fig. 1 ist das Verfahren, einen plattierten Draht mit einem geringen Durchmesser herzustellen, angedeutet, indem links ein verhältnismäßig großer zylindrischer Block oder Barren 11 gezeigt ist, der aus einem zylinörlsehen Xupferkern 13 und einem äußeren Ring 15 aus einem metallischen Lötmaterial besteht· Wie durch die Dimensionen des Bloofo3s 11 angezeigt ist, beträgt die Stärke des relativ großen Ringes 15 fifcf FjT'oaent des Durchmessers äes Blockes 11 * Wie duron die Beschriftung des Zeichnung angedeutet ist, wird ö-sr Bleak 1t einem übliche.!! Dra irea unterworfen* das die Abmessungen -iß stari-^m Mag® ver»

ringert, um einen gedehnten, dünnen plattierten Draht I7 zu ergeben. Das Verhältnis zwischen der Plattierung und dem Kupferkern bleibt bei dem Draht I7, der rechts in der Fig. 1 dargestellt ist,· das gleiche. Der Durchmesser eines typischen Drahtes, der nach diesem Verfahren hergestellt wurde, beträgt etwa 8O/u. Der praktische Durchmesserbereich für solche plattierten Drähte beträgt 2,5/u bis 0,6 mm. Es¹ ist zu bemerken, daß die Zusammensetzung des Lötmaterials, das Kupfer, Silber und Phosphor enthält, für das Ziehen eines feinen Drahtes geeignet sein muß (nicht zu brüchig auf Grund des Phosphors) daß es selbstfließend sein muß (hauptsächlich auf Grund des Phosphors), das leicht schmelzbar sein muß und daß es noch eine äußerst einwandfreie Lötung oder Verbindungsstelle für eine elektrische Verbindung ergeben muß. Es wurde gefunden, daß diese Voraussetzungen gegeben waren, wenn die Zusammensetzung das Plattierungsmaterials in Gewichtsprozent betrug:

82,5 fc Kupfer,

15 ρ Silber und 2,5 % Phosphor.

Der Kupferkern 15 besteht vorzugsweise aus Kupfer hoher Reinheit, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine große elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten.

Es ist offensichtlich, daß die Plattierung eine zusammenhängenede sein muß und nicht von der Art, daß sie während der Verarbeitung des feinen Drahtes oder während des Lötens abbricht. Das Aufplattieren des Lötmaterials erfolgt in einer Stärke von 0,5 bis 5 £ des Durchmessers des plattierten Drahtes. Mit anderen Worten beträgt der Durchmesser des Kupferkerns 99 bis 90 ■<> des Durchmessers des plattierten Drahtes. Eine Stärke von 1,5 ;Z wird bevorzugt und ist der Peststellung äquivalent, daß der Durchmesser des Kupferkerns 97 ^ des Durchmessers des plattierten Drahtes beträgt.

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Im Interesse der Klarheit ist die Stärke der Plattierung 15 auf dem Draht 17 in der Zeichnung, insbesondere in den Fig. 3 bis 5 vergrößert dargestellt.

In Fig. 2 ist eine Anwendung des mit einer geeigneten Isolierung versehenen Drahtes die einen Schmelzpunkt unterhalb 425° C aufweist, was beispielsweise bei Polyurethan oder Polyvinylchlorid der Fall ist, schematisch dargestellt, um einen magnetischen Aufzeichnungskopf anzudeuten, der 2 Polstücke 22 und 23 aufweist, die durch ein nicht magnetisches Abstandsstück 24 getrennt sind. Der isolierte Draht 18 bildet eine Spule 25 um den rechten Schenkel 27 des U-fÖrmigen Magnetkopfes 28. Die beiden Enden der Spule 25 befinden sich über zwei Klemme] 29 und 30, so daß sie durch eine Widerstandshartlötung mit den Klemmen verbunden werden können, die einer gedruckten Schaltung angehören, wie das noch beschrieben wird. Es ist zu bemerken, daß der Draht ein verlängertes Teil eines elektrischen Gerätes ist und daß er Enden besitzt, die ohne ein äußeres Lötmaterial mit den Klemmen 29 und 30 verbunden werden können. Die Klemmen können aus billigen, handiesüblichen elekv trisch-leitenden Metallen gebildet sein, wie z.B. aus Kupfer, Messing, Messinglegierungen, Eisen, Eisenlegierungen und Nickel. Der Schmelzpunkt des Klemmenmaterials liegt bedeutend höher als der des Lötmaterial (705⁰ C) z.B. schmilzt Kupfer bei 1 O8j5° C. Andere Anwendungen eines solchen plattierten Kupferdrahtes sind die Verwendung des Drahtes für Relaisspulen, als Drähte für ringförmige Ferritkerne in den Speichern von Rechenanlagen und für die Verbindungen in ihnen als einzelne oder vielfache Drahtstränge, als Windungen von Elektromotoren, als Geäteschnüre, die direkt mit dem Heizelement verbunden werden können, wenn die Temperaturen sich 54o° C nähern. Für bestimmte Anwendungen kann der Kupferkern 13 des Drahtes aus den obengenannten Metallen für die Klemmen hergestellt werden. Es sei bemerkt, daß für einige Anwendungen der Draht 17 keine Isolierung erfordert und beispielsweise die Reparatur gedruckter flächenhafter Leitungszüge und das Verbinden von am Rande der Schaltplatte befindlichen elektrischen Klemmen vielschichtiger Module mit vertikalen plattierten Drähten ermöglicht.

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Aus der Pig· 3 ist zu ersehen, daß der plattierte Draht I7 eine Isolierung 1j5 aufweist, die aus Polyurethan oder einem ähnlichen niedrig schmelzenden isolierenden Kunststoff besteht und daher den vorher erwähnten isolierten Draht ergibt. Die metallische Klemme 52 besteht aus einer dünnen Kupferfolie oder -platte, die auf|einer Kunststoffbasis 33* wie beispielsweise glasfaserverstärktem Epoxy-, harz, Polytetrafluoräthylen oder Polyäthylentherephtolot befestigt ist, welche Basis durch längeres Erwärmen bei erhöhten Temperaturen sich verziehen würde. Die kurze Wärmezufuhr, die für das Löten benötigt wird, beeinflußt auch die Klebstoffe nicht nachteilig, die für das Verbinden der Folie mit einer solchen Basis oder einem solchen Substrat verwendet werden. Der bevorzugte Kuperkern 13 des Drahtes und seine Lötplattierung I5 werden von der Isolierung 31 umhüllt, deren unterer Teil die Klemme 32 und deren obeier Teil die U-förmige Elektrode 35 berührt. Die Elektrode 35 ist am Arm 37 eines Drehzapfens befestigt, so daß sie durch ihr Eigengewicht oder durch eine andere nicht dargestellte Vorrichtung leicht nach unten gedrückt wird. Ein Transformator 41 ist mit der Elektrode 35 verbunden und über einen Schalter 45 auch mit einem Kondensatov 4^. Ein anderer Transformator 47 ist ebenfalls mit der Elektrode 55 und mit einer schmalen Elektrode 49 verbunden, die die Klemme 32 berührt. Der Transformator 47 ist auch über einen Schalter 51 mit einem Kondensator ^arbunden. Es sind geeignete ₉ nioht dargestellte Vorrichtungen vorgesehen, um die Kondensatoren erneut zu laden und die Weehselstromgeräte könnten durch Gleichstromquellen ersetzt werden die kurze -Stromimpulse erzeugen»

Gemäß FIg₉ 4 ist die Elektrode 35 erhitzt woröen-j mi ö©a oberen und unteren Teil der Isolierung %n sclinielaen und dies® Tails in die oberen viiü unteren Kehlen 61 und 63 su bringen* Di© Dicke d@r KIsraffle ist gegenüber der in Fig» 3 dargestellten Dick© ^si^iiigei^, um die ■TafcgSißh© hervorzuheben, dai die bsscSßißbsnen 3sMal©n Bffälite· besonders füs? plattiert© und gsSitäe Kupfsrelenie&te geeiga^t βΙεμΙ^ üls sine Dicke

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in der Größenordnung von 2,5^iS Ο,Οβ mm aufweisen. Nach Pig. 5 hat sich die Elektrode 35 weiter abwärts bewegt, da der Strom von der Elektrode 35 durch den Draht I7 in die Klemme 32 geflossen und einfteilweises Schmelzen der Plattierung I5 bewirkt hat. Der untere Teil der Plattierung wurde teilweise durch den Strom geschmolzen, um die Lötkehlen 65 und 67 zu bilden.

Zum Betrieb der Vorrichtung wird der isolierte plattierte Draht 18 auf die dünne Klemme 32 gelegt, wobei die Elektrode 35 den Draht nach unten gegen die Klemme 32 drückt. Die schematisch dargestellte fingerartige Elektrode 49 wird in Kontakt mit der Klemme 32 gebracht. Der Schalter 45 wird geschlossen, um den Kondensator 43 über dem Transformator 41 zu entladen, und dadurch einen Heizkreis für die Elektrode 35 zu bilden, der obere Teil der Isolierung 31 wird geschmolzen und die nach unten gedrückte Elektrode 35 berührt die Plattierung I5 und den Kern I3 und heizt sie kurz so auf, daß der obere Teil der Isolierung schmilzt und der untere Teil der PlattLerung I5 die Klemme 32 berührt, wobei die Kehlen 61 und 63 aus Isoliermaterial gebildet werden.

Wenn die ^Plattierung die Elektrode 35 und die Klemme 32 berührt, wird der Schalter 5I im Lötkreis geschlossen und ein kurzer Stromimpuls fließt von der Elektrode 35 durch den Draht I7 zur Klemme 3²· Dia örtlich begrenzte Anwendung dieses Stromes sohsilzt den unteren Teil der Plattierung I5* um eine Bindung zwischen üem Draht und der Klefiffiie 32 herzustellen, wobei die sich bildenden Lötkehlen 65 vsxiü 67 durch sich bildende Kehlen 61 und 63 aus Isoliermaterial ra -werden, Mährens der kurzen Phase zum Schmelzen dsr -einen nieetg Sciaelpiskt aufweisenden Isolierung seliailzt die Plattierung wegen itris liöüörsa Schmelzpunktes und der kursea Zeit (1 ■=» 5 Millisekunden' nlcäfee Dar obsre Teil cter Plattierung soi:Kilst wäferenl der Imr-zen Lc^iaas^ iiieiiu* da die Msssa der Elefeirc-^s eins -Jgtec^nke darstellt ur-cl in l(&rb±naiSig mit eier verfiälteisrBÖSi^ I^rsaa Βαι:^ der LStpfaase ftlL^; al® U'l^K:sableitung an dieser Stell« sorgt*

BAD ORIGfNAL

Es sei bemerkt, daß in einigen Fällen der Draht 17 nicht mit einer Isolierung versehen ist. In diesem Falle werden der plattierte Draht 17, die Elektrode 35 und die Klemme 32 auch so angeordnet, wie das in Fig. 4 gezeigt ist, wo allerdings eine Isolierung 31 dargestellt ist. Der Schalter 5I im Lötkreis wird geschlossen, um einen Strom von der Elektrode 35 durch den Draht zu der fingerartigen Elektrode 49 zu schicken und durch die kurzzeitige Anwendung von Wärme schmilzt der obere Teil des Lötmaterials I5, das nach der Erstarrung die Verbindung einschließlich der Lötkehlen 65 und 67, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, ergibt. Die Impulsdauer und die Stromstärke werden so gewählt, daß der den Kontakt ergebende Teil der Plattierung teilweise geschmolzen wird, um das in Fig. 5 dargestellte Ergebnis zu erzielen. Das Material der Basis (Flg. 3) und des Klebstoffes, durch den die aus einer Kupferfolie bestehende Klemme 32 auf der Basis befestigt wird, werden infolge eier kurzen Stromimpulse, die fite* diese Anwendungen henutzt werden, nicht nachteilig beeinflußt.

Das Entfernen der Isolierung von ösr aus Molybdän bestehenden Elektrode 35 erfolgt (nach der Entfernung aus ihrer Arbeitsstellung) durch Schließen des Schalters 45, um öen Kondensator 43 durch die Elektrode zu entladen, so daß die Elektrode über ihren Oxidationspunkt hinaus erhitzt wird, wobei eine nachfolgende Sublimation des Oxydes mit dem daran haftenden Isoliermaterial erfolgt. Wenn Drähte ohne Isolierung verwendet werden, kann die Elektrode 35 aus Kupfer oder einem anderen elektrisch gutleitendem Material bestehen.

Beim Verbinden unterbrochener gedruckter flächenhafter Leitungszüge, dleeine Dicke von 0,035 mm aufweisen, würde ein plattierter Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0_e25 mm mit den flächenhaften Leitungszügen durch Verwendung von Stromimpulsen, deren Impulsdauer 1 Millisekunden und deren Stromstärke 90 Ampere betrug, und durch Stromimpulse, deren Impulsdauer 3 Millisekunden und deren Stromstärke 80 Ampere betrug, verbunden. In dem gleichen Fall wurde «in

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plattierter Kupferdraht mit einem Durchmesser von O,O8 mm durch Anwendung eines Stromimpulses mit einer Impulsdauer von 5 Millisekunden mit einer Stromstärke von 60 Ampere mit den flächenhaften Leitungszügen verbunden. Bei all den beschriebenen Verbindungen beträgt die Impulsdauer wesentlich weniger als 1 Sekunde. Durch diese kurze Impulsdauer wird die Bildung brüchiger intermetallischer Verbindungen vermieden. Impulsamplitude und -dauer werden so gewählt« daß die Plattierung schmilzt« um eine eine Kehlverbindung zu erzeugen. In einigen Fällen mögen größere Kehlen als dargestellt sind« erwünscht sein« sogar in dem Ausmaß« daß der Kern des plattierten Drahtes die Oberfläche der Klemme berührt« was durch Anwendung etwas stärkerer Impulse erreicht werden kann.

Es sei bemerkt«- daß ein geringer Kontakt am Berührungspunkt vorhanden ist, woraus eine örtlich begrenzte hohe Stromdichte resultiert, die kurzzeitig zu einer relativ hohen Temperatur der Plattierung führt, die einen Schmelzpunkt von 70^° C aufweist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbinden eines dünnen Drahtes mit einer Anschlußklemme, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Überzug aus einem Hartlötmaterial tragende Draht gegen die Anschlußklemme gedrückt und sein Überzug durch kurzzeitige örtlich begrenzte Wärmezufuhr geschmolzen wird und nach dem Erstarren eine feste Verbindung mit der Anschlußklemme bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme für das Schmelzen des Überzuges aus elektrischer Energie genommen wird« m

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht verwendet wird, dessen Überzug aus Hartlötmaterial zu 82,5$ aus Kupfer, zu 15$ aus Silber und zu 2,5$ aus Phosphor besteht«

4« Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht verwendet wird, dessen Kern aus Kupfer bbesteht und dessen Durchmesser 90 - 9956 dee Drahtdurchraessers beträgt.

5« Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht verwendet wird, bei dem der Durchmesser des Kernes 97$ des Drahtdurchmessers beträgt« %

6, Verfahren nach den Ansprüchen 1 fels 5, dadurch gek.emtzelehnet, daß Drähte verwendet werden, deren Durchmesser tele teer als 0,06 mm ist.

7« Verfahren nach den AnsprüoJien 1 bis 6, äa&ure&i getesnnzeichnet, öaB Anschlußklemmen verwendet werden* die aus sfeesi der folgenfisa Materialien -bestehen? Kupfer Messing«, ifessteglsgisriingen* Hickel, Eisen, Eisenlegierungen.

-3 s 7ew£aiWQn nach den Ansprüchen 1 bis J₃₁ ü&üm?©h gofeswsselehnet* daS esi isolierten Drüitea fow d@m HaartlSt^e^foSiFea Sie IsoJUe« 2¹MEg ebenfalls dureli kurzaeifclg© vsaa. ©E'fclieti fe3g<?©iSE!ise W&'mezu« absesafeisolsen wird. QQS834/ÖS31

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