DE1640471B2

DE1640471B2 - Verfahren zum verbinden eines duennen drahtes mit einer anschlussklemme

Info

Publication number: DE1640471B2
Application number: DE19661640471
Authority: DE
Inventors: Stanley Geaorge Reinitz Edward Glen Rzant Adolph William Dutchess County NY Christian (V St A )
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-06-30
Filing date: 1966-06-29
Publication date: 1972-03-02
Also published as: GB1097287A; US3384958A; DE1640471A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden eines dünnen Drahtes mit einer Anschlußklemme.

Es ist bereits bekannt, zwei metallische Leitet durch eine sogenannte Preßverbindung miteinander elektrisch leitend zu verbinden. Bei dieser Verbindung«art wird das gegebenenfalls von seinem Isoliermaterial befreite Drahtende in eine metallische Hülse eingeführt, die Teil eines Kabelschuhs, einer Klemme oder eines Verbindungsstückes zur Verbindung zweier Drahtenden sein kann. Anschließend wird die Hülse mittels eines Preßwerkzeuges auf den Draht aufgepreßt. Damit ist eine dauerhafte Verbindung hergestellt.

In den Füllen, in denen der eine der miteinander zu verbindenden metallischen Leiter ein dünner Draht ist, ist das beschriebene Verfahren nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum raschen und dauerhaften Verbinden eines dünnen Drahtes mit einer Anschlußklemme anzugeben.

Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein aus einem Hartlötmaterial bestehender Überzug des Drahtes durch kurzzeitige örtlich begrenzte Wärmezufuhr geschmolzen wird und nach Jem Erstarren eine feste Verbindung mit der Anschlußklemme bildet. Die Wärme für das Schmelzen des Überzuges wird dabei vorteilhaft aus elektrischer Energie gewonnen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfinaung besteht das Hartlötmaterial aus 82.5°.ι Kupfer, aus

ίο 15°/u Silber und aus 2,5 "Ίι Phosphor.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein Draht verwendet, der einen Kupferkern aufweist, dessen Durchmesser 90 bis 99" n des Drahtdurchmessers beträgt, der kleiner ais 0,06 mm ist.

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

Fig. 1 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. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Verbindung des isolierten plattierten Drahtes mit einem auf einer Kunststoffplatte aufgebrachten Leiter, wobei auch ?ine elektrische Schaltung zum Erzeugen zweier St.. mimpulse dargestellt ist,

Fig. 3 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. 4 eine Ansicht, die den Zustand nach der metallischen Verbindung des Drahtes mit der Klemme zeigt.

In Fig. 1 ist ein plattierter Draht 18 dargestellt, der eine Spule für einen Magnetkopf bildet, deren beide Enden mit den Klemmen 30 und 32 zu verbinden sind. Der Draht 18 besteht aus einem Kupferkern, auf den eine Plattierung aus Lötmaterial aufgebracht ist. Der Durchmesser eines typischen Drahtes beträgt etwa 80u. Der praktische Durchmesserbereich für solche plattierten Drähte beträgt 2,5 u bis 0.6 mm. Es 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 selbstfüeßend sein muß (hauptsächlich auf Grund des Phosphors), das leicht schmelzbar sein muß. und daß es noch eine äußerst einwandfreie Lötvng oder Verbindungsstelle für eine elektrische

So Verbindung ergeben rnuß. Es wurde gefunden, daß diese Voraussetzungen gegeben waren, wenn die Zusammensetzung des Plattierungsmaterials in Gewichtsprozent betrug:

82.5 ",«Kupfer.
15.0" η Silber und
2,5" 0 Phosphor.

Der Kupferkern des Drahtes 18 besteht vorzugsweise aus Kupfer hoher Reinheit, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine große elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten.

Es ist offensichtlich, daß die Plattierung eine zusammenhängende sein muß und nicht von der Art. daß sie während der Verarbeitung des feinen Drahtes oder während des Lötens abbricht. Das Aufplatticren des Lötmaterials erfolgt in einer Stärke von 0,5 bis 5°/n des Durchmessers des plattierten Drahtes. Mit anderen Worten beträgt der Durchmesser des Kupfer-

kerns ^l|L| his 00 ".-'n des Durchmessers des planierten Drahtes. Eine SU'.rl.e von 1,5" ι, wird bevorzugt und ist der Feststellung äquivalent, daß der Durchmesser des Kupferkerns 07"ό des Durchmessers des plattierten Drahtes beträgt.

Im Interesse der Klarheit ist die Stärke der Platiierung 15 auf dem Draht 17 in der Zeichnung, insbesondere in den Fig. 2 bis 4 vergrößert dargestellt.

In Fig. 1 ist eine Anwendung des mit einer geeigneten Isolierung versehenen Drahte?, die einen Schmelzpunkt unterhalb 425 C aufweist, was beispielsweise bei Polyurethan oder Polyvinylchlorid der Fall ist. schematisch dargestellt, um einen magnetischen Aufzeichnungskopf anzudeuten, der zwef PoI-stiicke 22 und 23 aufweist, die durch ein nicht magnetisches Abstandsstück 24 getrennt sind. Der isolferte Draht 18 bildet eine Spule 25 um den rechten Schenke! 27 des U-förmigen Magnetkopfes 28. Die beiden Enden der Spule 25 befinden sich über zwei Klemmen 29 und 30, so daß sie durch eine Widerstandshartlötung mit den Klemmen \erbunden werden können, die einer gedruckten Schaltung angehören, wie das noch beschrieben wird. Es ist zu bemerken, daß der Diaht ein verlängertes Teil eines elektrischen Gerätes ist und daß er Enden besitzt, die ohne ein äußeres I .''!material mit den Klemmen 29 und 30 verbunden v, erden können. Die Klemmen können aus billigen, handelsüblichen elektrisch leitenden Metallen gebildet sen. wie z. B. aus Kupfer, Messing, Messinglegierr.ngen, Eisen. Eisenlegierungen und Nickel. Der Schmelzpunkt des Klemmenmaterials liegt bedeutend Iv" her als der des Lötmaterials (705 C). z.B. s.'^:imilzt Kupfer bei 1083 C. Andere Anwendungen tines solchen plattierten Kupferdrahtes sind die Verwendung des Drahtes für Relaisspulen, als Drähte 1::r ringförmige Ferritkerne in den Speichern von R.-chenanlagen und für die Verbindungen in ihnen KK einzelne oder vielfache Drahtstränge, als Windungen von Elektromotoren, als Geräteschnüre. die direkt mit dem Heizelement verbunden werden können, wenn die Temperaturen sich 540 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 flächcnhafter Leitungszüge und das Verbinden von am Rande der Schallplatte befindlichen elektrischen Klemmen vielschichtiger Module mit vertikalen plattierten Drähten ermöglicht.

Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß der plattierte Draht 17 eine Isolierung 13 aufweist, die aus Polyurethan oder einem ähnlichen niedrigschmel/enden isolierenden Kunststoff besteht und daher den votier erwähnten isolierten Draht eigibt. Die metallische Klemme 32 besteht aus einer dünnen Kiipferfolie oder -platte, die auf einer Kunststoffbasis 33. wie beispielsweise glasfaserverstärktem Epoxyharz. Polytctralluoräthylen oder Polyethylenterephthalat 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 tür das Verbinden der Folie mit einer solchen Basis oder einem solchen Substrat verwendet werden. Der bevorzugte Kupferkern 13 des Drahtes und seine Lötplatticrung 15 werder von der Isolierung 31 umhüllt, deren unterer Teil die Klemme 32 und deren oberer Teil die U-törmige Elektrode 35 berührt. Die Elektrode 35 ist am Arm 37 eines Drehzapfen^ befestigt, so daß sie durch ihr Eigengewicht oder durch eine andere nicht dargestellte Vorrichtung leicht nach unten gedruckt wird. Ein Transformator 41 ist mit der Elektrode 35 verbunden und über einen Schalter 45 auch mit einem Kondensator 43. Ein anderer Transformator 47 ist ebenfalls mit der Elektrode 35 und mit einer schmalen Elektrode 49 verbunden, die ίο die Klemme 32 berührt. Der Transformator 47 ist auch über einen Schalter 51 mit einem Kondensator 53 verbunden. Es sind geeignete, nicht dargestellte Vorrichtungen vorgesehen, um die Kondensatoren erneut zu laden, und die Wechselstromgeräte könnten durch Gleichstromquellen ersetz', werden, die kurze Stromimpulse erzeugen.

Gemäß Fig. 3 ist"die Elektrode 35 erhitzt worden, um den oberen und unteren Teil der Isolierung zu schmelzen und diese Teile in die oberen und unteren Kehlen 61 und 63 zu bringen. Die Dicke der Klemme 32 ist gegenüber der in Fig..' dargestellten Dicke verringert, um die Tatsache hervorzuheben, daß die beschriebenen schmalen Drähte besonders für plattierte und geätzte Kupferelemente geeigntt sind, die eine Dicke in der Größenordnung von 2,5 u bis 0.06 mm aufweisen. Nach F i g. 4 hat sich die Elektrode 35 weiter abwärts bewegt, da der Strom von der Elektrode 35 durch den Draht 17 in die Klemme 32 geflossen und ein teilweises Schmelzen der Plattierung 15 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 ir. Kontakt mit der Klemme 32 gebracht. Der Schalter 45 wiiJ geschlossen, um den Kondensator 43 über dem Transforma-'or 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 gedruckte Elektrode 35 berührt die Plattierung 15 und den Kern 13 und heizt sie kurz so auf. daß der obere Teil der Isolierung schmilzt und der untere Teil der Platticrung 15 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, wirj der Schalter 51 im Lötkreis geschlossen, und ein kurzer Stromimpuls fließt von der F.lektrode 35 durch den Draht 17 zur Klemme Die örtlich begrenzte Anwendung dieses Stromes schmilzt den unteren Teil der Plattierung 15. um eine Bindung zwischen dem Draht und der Klemme herzustellen, wobei die sich bildenden Lötkehlen und 67 durc\ sich bildende Kehlen 61 und 63 aus Isoliermiterial umhüllt werden. Während der kurzen Phase zum Schmelzen der einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisenden isolie-ung schmilzt die Plattierung wegen ihres höheren Schmelzpunktes und der kurzen Zeit (I bis 3 Millisekunden) nicht. Der obere Teil der Platticrung schmilzt während der kurzen Lötphase nicht, da die Masse der Elektrode eine Wärmesenke darstellt und in Verbindung mit der verhältnismäßig kurzen Dauer der Lötphase für die Wärmeableitung an dieser Stelle sorgt.

Es sei bemerkt, daß in einigen Fällen der Draht

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nicht mit einer Isolierung versehen ist. In diesem Beim Verbinden unterbrochener gedruckter flächen-Falle werden der plattierte Draht 17. die lilektrodj hafter Leitungszüge, die eine Dicke von 0,035 mm 35 und die Klemme 32 auch so angeordnet, wie diis aufweisen, würde ein plattierter Kupferdraht mit in Fi g. 3 gezeigt ist. wo allerdings eine Isolierung 31 einem Durchmesser von 0.25 mm mit den flächendargestellt ist. Der Schalter 51 im Lötkreis wird gc- 5 haften Leitungszügen durch Verwendung von Stromschlossen, um einen Strom von der Elektrode 35 impulsen, deren Impulsdauer 1 Millisekunde und durch den Draht zu der fingerartigen Elektrode 49 zu deren Stromstärke 90 Ampere betrug, und durch schicken, und durch die kurzzeitige Anwendung von Stromimpulse, deren Impulsdauer 3 Millisekunden Wärme schmilzt der obere Teil des Lötmaterials 15, und deren Stromstärke 80 Ampere betrug, verbundas nach der Erstarrung die Verbindung ein.-ohließ- io den. In dem gleichen Fall wurde ein plattierter lieh der Lötkehlen 65 und 67, wie sie in Fig. 4 dar- Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,08 mm gestellt sind, ergibt. Die Impulsdauer und die Strom- durch Anwendung eines Stromimpulses mit einer stärke werden so gewählt, daß der den Kontakt er- Impulsdauer von 5 Millisekunden mit einer Stromgebende Teil der Plattierung teilweise geschmolzen stärke von 60 Ampere mit den flächenhaften Leiwird, um das in F i g. 4 dargestellt? Ergebnis zu er- 15 tungszügen verbunden. Bei all den beschriebenen zielen. Das Material der Basis (Fig. 2) und des Kleb- Verbindungen beträgt die Impulsdauer wesentlich stoffes, durch den die aus einer Kupferfolie bestehende weniger als 1 Sekunde. Durch diese kurze Impuls-Klemme 32 auf der Basis befestigt wird, werden in- dauer wird die Bildung brüchiger intermetallischer folge der kurzen Stromimpulse, die für diese Anwen- Verbindungen vermieden. Impulsamplitude und düngen benutzt werden, nicht nachteilig beeinflußt. 20 -dauer werden so gewählt, daß die Plattierung Das Entfernen der Isolierung von der aus Molybdän schmilzt, um eine Kehlverbindung zu erzeugen. In bestehenden Elektrode 35 erfolgt (nach der Entfer- einigen Fällen mögen größere Kehlen, als dargestellt nung aus ihrer Arbeitsstellung) durch Schließen des sind, erwünscht sein, sogar in dem Ausmaß, daß der Schalters 45, um den Kondensator 43 durch die Kern des plattierten Drahtes die Oberfläche der Elektrode zu entladen, so daß die Elektrode über 25 Klemme berührt, was durch Anwendung etwas ihren Oxydationspunkt hinaus erhitzt wird, wobei stärkerer Impulse erreicht werden kann,
eine nachfolgende Sublimation des Oxyds mit dem Es sei bemerkt, daß ein geringer Kontakt am Bedaran haftenden Isoliermaterial erfolgt. Wenn Drähte rührungspunkt vorhanden ist, woraus eine Örtlich ohne Isolierung verwendet werden, kann die Elek- begrenzte hohe Stromdichte resultiert, die kurzzeitig trode 35 aus Kupfer oder einem anderen elektrisch 30 zu einer relativ hohen Temperatur der Plattierung gutleitendem Material bestehen. führt, die einen Schmelzpunkt von 704 C aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch!?:

1.. Verfahren zum Verbinden eines dünnen Drahtes mit einer Anschlußklemme, bei dem die beiden miteinander zu verbindenden Teile sich berühren, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Hartlötmaterial bestehender Überzug des Drahtes 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 in an sich bekannter Weise aus elektrischer Energie gewonnen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Hartlötmaterial aus 82,5»o Kunfer, 15⁰O Silber und 2,5% Phosphor besteht.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht verwendet wird, dessen Kern aus Kupfer besteht und dessen Durchmesser 90 bis 99°. u des Drahtdurchmessers beträgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht verwendet wird, bei dem der Durchmesser des Kerns 97⁰O des Drahtdurchmessers beträgt.

6. Verfahren : ach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß Drähte verwendet werden, deren Durchmesser kleiner als 0.06 mm ist.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußklemmen verwendet werden, die in an sich bekannter Weise aus einem der folgenden Materialien bestehen: Kupfer, Messing, Messinglegierungen, Nickel, Eisen, Eisenlegierungen.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß bei isolierten Drähten vor dem Hartlötverfahren die Isolierung ebenfalls durch kurzzeitige und örtlich begrenzte Wärmezufuhr abaeschmolzen wird.