DE19618104A1 - Method for producing an electrically conductive connection between a coated copper wire and an electrical conductor - Google Patents
Method for producing an electrically conductive connection between a coated copper wire and an electrical conductorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elek trisch leitenden Verbindung zwischen einem sogenannten Kupfer lackdraht und einem elektrischen Leiter. Die Verbindung wird dadurch hergestellt, daß auf den Leiter im Bereich der späteren Verbindungsstelle eine elektrisch leitende Masse geeigneter Schmelz- oder Erweichungstemperatur, beispielsweise eine Lot- oder Leitpaste, aufgetragen wird. Die Verbindung zum Kupferlack draht erfolgt mit Hilfe thermischer oder thermisch induzierter Verfahren, die zum Aufschmelzen des den Kupferdraht umgebenden Isolierlacks führen.The invention relates to a method for producing an elek trically conductive connection between a so-called copper enamelled wire and an electrical conductor. The connection will manufactured in that on the conductor in the area of the later Junction an electrically conductive mass more suitable Melting or softening temperature, for example a solder or conductive paste is applied. The connection to the copper lacquer wire is made with the help of thermally or thermally induced Processes for melting the copper wire surrounding Lead insulating varnish.
Unter Kupferlackdraht soll hier ein Kupferdraht mit einer elek trisch isolierenden Ummantelung aus Kunststoff verstanden wer den. Derartige Drähte sind allgemein bekannt und werden in gro ßen Mengen zu geringen Kosten hergestellt. Sie werden häufig unter Einsatz verschiedener Wickeltechniken, z. B. der Flyer-Technik oder Verfahren mit rotierendem Spulenkern, zu Indukti onsspulen verarbeitet und als solche weiterverwendet. Die ge wickelten Spulen werden dann mit anderen Leitern verbunden. Die Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zu einem weite ren Leiter, beispielsweise Metallfolien, elektrischen Bauteilen wie IC- oder SMD-Bauteilen, Leiterplatten usw., ist in der Re gel sehr mühsam und zeitraubend und verteuert so die Anbringung der Induktionsspulen trotz der geringen Kosten für die Grundma terialien erheblich. Besonders aufwendig ist hierbei die Ver bindungstechnik für relativ großflächige Spulen ohne Wickelkern und nur wenigen Windungen, d. h. solche, in denen das gesamte Wickelsystem sehr instabil ist. A copper wire with an elec trically insulating sheathing made of plastic understood who the. Such wires are well known and are large large quantities at low cost. They are common using different winding techniques, e.g. B. the flyer technique or method with rotating coil core, to Indukti on spools processed and used as such. The ge wound coils are then connected to other conductors. The Establishing the electrically conductive connection to a wide area Ren conductors, such as metal foils, electrical components such as IC or SMD components, circuit boards, etc., is in the Re Gel is very tedious and time-consuming, making it expensive to install of induction coils despite the low cost of the basic size materials considerably. Ver is particularly expensive Binding technology for relatively large coils without a winding core and only a few turns, d. H. those in which the whole Winding system is very unstable.
Bisher werden in der Regel folgende Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen einem Kupferlack draht und einem elektrischen Leiter eingesetzt: Ein häufig ver wendetes Verfahren bedient sich der Thermokompressionsmethode, wofür gegebenenfalls die Kunststoff-Ummantelung an den Enden des Kupferdrahtes zunächst entfernt wird (thermisch/mechanisch, chemisch) und eventuell noch eine Vorverzinnung der Draht enden erfolgt. Das Verfahren benötigt hohe Temperaturen, die neben dem großen Energieverbrauch auch zu einem schnellen Verschleiß der Schweißelektroden führen. Die Schweißelemente müssen daher häufig ausgetauscht werden, was zur Verteuerung des Verfahrens beiträgt, und ständige Prozeßkontrollen sind erforderlich.So far, the following manufacturing processes have generally been used electrically conductive connections between a copper lacquer wire and an electrical conductor used: A frequently ver the applied method uses the thermocompression method, where applicable, the plastic sheathing at the ends the copper wire is first removed (thermally / mechanically, chemical) and possibly pre-tinning of the wire ends he follows. The process requires high temperatures besides the high energy consumption also leads to rapid wear of the welding electrodes. The welding elements must therefore are exchanged frequently, which increases the cost of the procedure contributes, and constant process controls are required.
Ein weiteres Verfahren bedient sich des Ultraschalls zur Her stellung einer leitenden Verbindung zwischen Kupferlackdraht und einem elektrischen Leiter. Teilweise kann diese Technik oh ne Abisolierung des Drahtes angewendet werden, jedoch läßt die Haftfestigkeit der erzielten Verbindungen vor allem auf lange Sicht zu wünschen übrig.Another method uses ultrasound provision of a conductive connection between enamelled copper wire and an electrical conductor. Sometimes this technique can oh stripping of the wire can be used, however, the Adhesive strength of the connections achieved, especially for a long time View to be desired.
Aufgabe der Erfindung war es, ein einfaches, zuverlässi ges und kostengünstiges Verfahren zu schaffen, mit dem eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Kupferlackdraht und einem elektrischen Leiter hergestellt werden kann.The object of the invention was to provide a simple, reliable to create a cost-effective process with which one electrically conductive connection between enamelled copper wire and an electrical conductor can be manufactured.
Dies gelingt mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1. Weitere Ausge staltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This succeeds with the method according to claim 1 Events result from the subclaims.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die elektrisch lei tende Verbindung zwischen dem mit einem isolierenden Kunststoff ummantelten Kupferdraht und einem elektrischen Leiter dadurch hergestellt, daß auf den Leiter dort, wo die Verbindung zustan de kommen soll, eine elektrisch leitfähige Masse aufgetragen wird. Die Masse kann mit Druckluft zudosiert (Dispense verfahren), aufgedruckt, mittels Folienauftrag oder mit Hilfe von Schablonen aufgebracht werden. Als Druckverfahren bietet sich beispielsweise der Siebdruck an. Bei der Herstellung meh rerer elektrisch leitender Verbindungen auf einem Leiter werden zweckmäßig alle Verbindungsstellen in einem Schritt mit elek trisch leitender Masse versehen. Die Menge der elektrisch lei tenden Masse wird so bemessen, daß sie zur Erzielung einer fe sten Verbindung mit dem Kupferdraht ausreicht.According to the inventive method, the electrically lei ting connection between that with an insulating plastic sheathed copper wire and an electrical conductor thereby made that on the conductor where the connection is de should come, an electrically conductive mass applied becomes. The mass can be dosed with compressed air (dispense process), printed, by means of foil application or with the help applied by stencils. As a printing process offers screen printing, for example. When making more rer electrically conductive connections on a conductor expediently all connection points in one step with elek trically conductive mass. The amount of electric lei tendency mass is dimensioned so that they achieve a fe Most connection with the copper wire is sufficient.
Als elektrisch leitfähige Masse eignen sich übliche Lot- oder Leitpasten, oder Leitkleber (isotrope und anisotrope), die in flüssiger oder Folienform aufgebracht werden können. Zinnlote sind besonders geeignet. Zweckmäßig besitzen sie einen Schmelz- oder Erweichungspunkt im Bereich von 100-220°C. Der Mindest schmelzpunkt richtet sich nach den übrigen im System verwende ten Materialien und der während der weiteren Fertigungsschritte eingesetzten Temperatur. Er sollte so gewählt werden, daß Be schädigungen der Verbindung zwischen Kupferdraht und Leiter durch Temperatureinwirkung bei der Weiterverarbeitung ausge schlossen sind. Bevorzugt liegt der Schmelz- oder Erweichungs punkt der elektrisch leitenden Masse zwischen 150 und 190°C, insbesondere zwischen 160 und 185°C.Usual solder or are suitable as electrically conductive mass Conductive pastes, or conductive adhesives (isotropic and anisotropic), which in can be applied in liquid or film form. Tin solders are particularly suitable. Appropriately they have a melting or softening point in the range of 100-220 ° C. The minimum Melting point depends on the other uses in the system materials and during the further production steps temperature used. It should be chosen so that Be damage to the connection between copper wire and conductor due to the effects of temperature during further processing are closed. The melting or softening is preferably point of the electrically conductive mass between 150 and 190 ° C, especially between 160 and 185 ° C.
Die Wahl der elektrisch leitenden Masse richtet sich zweckmäßig nach der Art des verwendeten ummantelten Kupferdrahtes. Umge kehrt kann selbstverständlich auch der Kupferdraht der zu ver wendenden elektrisch leitenden Masse entsprechend ausgewählt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn elektrisch leitende Masse und der den Kupferdraht ummantelnde Kunststoff etwa im selben Temperaturbereich schmelzen oder erweichen, wobei der Kunststoffmantel vorzugsweise bei etwas geringerer Temperatur als die elektrisch leitende Masse schmilzt oder erweicht.The choice of the electrically conductive mass is appropriate according to the type of sheathed copper wire used. Vice of course, the copper wire of the ver the electrically conductive mass selected accordingly will. It is particularly preferred if electrically conductive Mass and the plastic encasing the copper wire in about melt or soften the same temperature range, the Plastic jacket preferably at a slightly lower temperature as the electrically conductive mass melts or softens.
Bevorzugte Schmelz- oder Erweichungstemperaturen des den Kup ferdraht ummantelnden Kunststoffes liegen dementsprechend eben falls zwischen 100 und 220°C mit besonders bevorzugten Berei chen von 150-190°C und insbesondere 160-185°C. Vom Stand punkt der Energieeinsparung ist es grundsätzlich bevorzugt, ei nen Kunststoff mit dem unter den praktischen Bedingungen nied rigstmöglichen Schmelz- oder Erweichungspunkt zu verwenden.Preferred melting or softening temperatures of the cup Accordingly, the plastic wire sheathing is flat if between 100 and 220 ° C with particularly preferred ranges Chen from 150-190 ° C and especially 160-185 ° C. From the booth In terms of energy saving, it is generally preferred to egg NEN plastic with the under the practical conditions rigorous melting or softening point.
Zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung wird der ummantelte Kupferdraht auf die auf den elektrischen Leiter auf gebrachte elektrisch leitende Masse aufgelegt. Dann wird der Verbindungsstelle mit Hilfe eines thermischen oder eines ther misch unterstützten Verfahrens Energie zugeführt, die zu einer Temperaturerhöhung im Bereich der Verbindungsstelle führt und elektrisch leitende Masse und die Kunststoffummantelung um den Kupferdraht zum Erweichen oder Schmelzen bringt. Das Erweichen oder Schmelzen des Kunststoffmantels führt dazu, daß der Kup ferdraht im Bereich der Verbindungsstelle abisoliert wird und über die elektrisch leitende Masse eine leitende Verbindung zum Leiter gebildet wird. Ein vorheriges Abisolieren des Kupfer drahtes erübrigt sich also.To establish the electrically conductive connection, the sheathed copper wire on top of the electrical conductor brought brought electrically conductive mass. Then the Junction using a thermal or ther mix-assisted process supplied energy that leads to a Temperature increase in the area of the connection point leads and electrically conductive mass and the plastic coating around the Copper wire to soften or melt. The softening or melting of the plastic jacket leads to the Kup is stripped in the area of the connection point and a conductive connection to the Head is formed. A previous stripping of the copper wire is therefore unnecessary.
Die Zufuhr der Energie zu den Verbindungsstellen erfolgt mit Hilfe thermischer oder thermisch unterstützter Verfahren, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind. Beispielhaft können Induktions- oder Widerstandsschweißverfahren, insbesondere Punkt-, Gap- oder Spaltschweißverfahren, Löt-, Thermokompressi ons- oder Thermosonicverfahren genannt werden. Die Erzeugung von Wärme durch IR- oder Laserbestrahlung oder die Zufuhr von Heißluft ist ebenfalls möglich.The energy is supplied to the connection points with With the help of thermal or thermally assisted processes, the are generally known to the person skilled in the art. Exemplary Induction or resistance welding processes, in particular Spot, gap or gap welding processes, soldering, thermal compression ons or thermosonic processes. The production of heat from IR or laser radiation or the supply of Hot air is also possible.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung lei tender Verbindungen auf besonders einfache und kostengünstige Weise. Es eignet sich sowohl zur Herstellung elektrischer Ver bindungen zu ummantelten Kupferdrähten in Verlegetechnik oder auch zu Induktionsspulen, die aus ummantelten Kupferdrähten hergestellt sind. Die elektrische Verbindung kann beispielswei se zu metallischen Anschlußrahmen (Leadframes), auf Träger auf gezogene Schaltungslayouts (Leiterplatten, Leadframefolien usw.) oder zu elektrischen Bauteilen, wie IC- oder SMD-Bausteinen, erfolgen. The method according to the invention enables lei to be produced tender connections to particularly simple and inexpensive Wise. It is suitable for the manufacture of electrical ver Connections to coated copper wires in laying technology or also for induction coils made of coated copper wires are manufactured. The electrical connection can, for example se to metallic leadframes, on carrier drawn circuit layouts (printed circuit boards, lead frame foils etc.) or to electrical components, such as IC or SMD modules.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigenThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawings will. Show
Fig. 1 schematisch eine Anordnung, wie sie bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt wer den kann, und Fig. 1 shows schematically an arrangement as used in the application of the method according to the invention, and
Fig. 2 bis 5 schematisch weitere Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 to 5 schematically further arrangements for performing the method according to the invention.
Fig. 1 zeigt einen Kupferdraht 1, der von einem Kunststoffman tel 2 umschlossen ist. Der Kupferdraht soll mit einem elektri schen Leiter 3 elektrisch verbunden werden. Der elektrische Leiter 3 ist auf einem Träger 4, beispielsweise einer thermo plastischen Folie, angeordnet. Erfindungsgemäß wird auf den Leiter im Bereich der späteren Verbindungsstelle eine elek trisch leitende Masse 5 aufgetragen. Wie eingangs erwähnt, kann es sich bei der Masse 5 um eine Leit- oder Lotpaste, eine Leit folie oder einen Leitkleber handeln. Auf die elektrisch leiten de Masse 5 wird der ummantelte Kupferdraht aufgelegt, im ge zeigten Fall mit einem seiner Enden. Nun wird der Verbindungs stelle mit Hilfe thermischer oder thermisch unterstützter Ver fahren Energie zugeführt (hier mit 6 schematisch angedeutet). Die Energie ist zweckmäßig so bemessen, daß die Temperatur im Bereich der Verbindungsstelle um etwa 40-60°C über der Tem peratur liegt, bei der ein Schmelzen oder Erweichen sowohl der elektrisch leitenden Masse als auch des den Kupferdraht umman telnden Kunststoffes erreichbar ist. Durch das Aufschmelzen des Kunststoffmantels wird der Kupferdraht 1 im Bereich der Verbin dungsstelle abisoliert, so daß der freigelegte Kupferdraht in direkten Kontakt zur elektrisch leitenden Masse 5 tritt und da mit eine elektrisch leitende Verbindung zu Leiter 3 zustande kommt. Fig. 1 shows a copper wire 1 , which is surrounded by a Kunststoffman tel 2 . The copper wire is to be electrically connected to an electrical conductor 3's . The electrical conductor 3 is arranged on a carrier 4 , for example a thermoplastic film. According to the invention, an electrically conductive mass 5 is applied to the conductor in the area of the subsequent connection point. As mentioned at the beginning, the mass 5 can be a conductive or solder paste, a conductive foil or a conductive adhesive. On the electrically conductive de mass 5 , the coated copper wire is placed, in the case shown with one of its ends. Now the connection point is supplied with the aid of thermal or thermally assisted processes (here schematically indicated by 6 ). The energy is appropriately such that the temperature in the area of the junction is about 40-60 ° C above the temperature at which melting or softening both the electrically conductive mass and the copper wire umman telenden plastic can be reached. By melting the plastic sheath, the copper wire 1 is stripped in the area of the connec tion point, so that the exposed copper wire comes into direct contact with the electrically conductive mass 5 and there is an electrically conductive connection to conductor 3 .
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens. Zusätzlich zu den bereits in Fig. 1 gezeigten Komponenten wird hier von der dem elektrischen Leiter 3 gegenüberliegenden Seite ein temperaturstabiler Isolator 7 auf den ummantelten Kupferdraht aufgesetzt. Der Ausdruck "temperaturstabil" meint hier einen Werkstoff, der unter der Einwirkung der zur Herstellung der leitenden Verbindung zuge führten Energie weder schmilzt, erweicht noch sich zersetzt. Beispielsweise kann es sich um Folien aus hochschmelzendem Kunststoff handeln, wie Polyimidfolie oder ähnliches. Der Iso lator 7 verhindert ein Verrutschen des Kupferdrahtes während der Herstellung der Verbindung, verhindert ein Heraustreten der elektrisch leitenden Masse 5 und dient zudem als mechanischer Schutz der hergestellten Verbindung. Fig. 2 shows a preferred arrangement for performing the inventive method. In addition to the components already shown in FIG. 1, a temperature-stable insulator 7 is placed on the coated copper wire from the side opposite the electrical conductor 3 . The term "temperature-stable" here means a material which, under the action of the energy supplied to produce the conductive connection, neither melts, softens nor decomposes. For example, it can be films made of high-melting plastic, such as polyimide film or the like. The Iso lator 7 prevents slipping of the copper wire during the establishment of the connection, prevents the electrically conductive mass 5 from escaping and also serves as mechanical protection of the connection produced.
Anstelle des Isolators kann auf den Kupferdraht auch ein weite rer elektrischer Leiter aufgesetzt werden.Instead of the insulator, a large one can be placed on the copper wire electrical conductor.
Fig. 3 und 4 zeigen weitere erfindungsgemäße Anordnungen, die den gleichen Zweck erfüllen wie die in Fig. 2 abgebildete. FIGS. 3 and 4 show further arrangements of the invention which fulfill the same purpose as the one shown in Fig. 2.
Statt des einzeln aufgesetzten Isolators 7 wird in der Anord nung der Fig. 3 der Träger, der als Unterlage des Leiters 3 dient, um den Kupferdraht herum nach oben gezogen und von oben auf den Kupferdraht heruntergedrückt. Der gekrempte Träger 8, der zweckmäßig aus einem temperaturstabilen Material besteht, schließt also Kupferdraht, elektrisch leitende Masse und Leiter 3 von drei Seiten ein.Instead of the individually placed insulator 7 in the arrangement of FIG. 3, the carrier, which serves as a base for the conductor 3, is pulled up around the copper wire and pressed down onto the copper wire from above. The carded carrier 8 , which suitably consists of a temperature-stable material, thus includes copper wire, electrically conductive mass and conductor 3 from three sides.
Fig. 4 entspricht der zweiten Variante der Fig. 2, bei der ein elektrisch leitender Träger von oben auf den ummantelten Kup ferdraht aufgesetzt wird. Anstelle des nichtleitenden Trägers in Fig. 3 wird in der Anordnung der Fig. 4 der elektrische Lei ter 9 um den Kupferdraht herumgezogen und von oben auf diesen aufgelegt. Fig. 4 corresponds to the second variant of Fig. 2, in which an electrically conductive support is placed on the sheathed copper ferd wire. Instead of the non-conductive carrier in Fig. 3, the electrical Lei ter 9 is pulled around the copper wire in the arrangement of Fig. 4 and placed on top of this.
Fig. 5 zeigt eine weitere mögliche Anordnung und Ausgestaltung der zu verbindenden Komponenten. Hier soll der Kupferdraht 1 mit einem selbsttragenden elektrischen Leiter 3 verbunden wer den. Der Leiter 3 kann beispielsweise ein metallischer An schlußrahmen (Leadframe) sein. Im Bereich der Verbindungsstelle ist die elektrisch leitende Masse 5 aufgetragen. Der ummantelte Kupferdraht ist auf einen Träger 4 aufgelegt, der im Bereich der Verbindungsstelle eine Ausnehmung 10 aufweist, deren Größe im wesentlichen der Fläche entspricht, die die elektrisch lei tende Masse 5 bedeckt. Zur Herstellung der leitenden Verbindung werden Träger 4 und Kupferdraht auf den Leiter 3 abgesenkt, so daß die Ausnehmung 10 die elektrisch leitende Masse 5 um schließt und der ummantelte Kupferdraht auf ihr aufliegt. Die Verbindung wird auf die bereits beschriebene Weise hergestellt, im gezeigten Fall dadurch, daß Energie von zwei Seiten zuge führt wird. Durch die spezielle Ausgestaltung des Trägers wird dabei ein seitliches Austreten der elektrisch leitenden Masse weitgehend vermieden. Fig. 5 shows another possible arrangement and configuration shows the components to be connected. Here, the copper wire 1 is connected to a self-supporting electrical conductor 3 who the. The head 3 can be, for example, a metallic connection frame (lead frame). The electrically conductive compound 5 is applied in the area of the connection point. The coated copper wire is placed on a carrier 4 , which has a recess 10 in the area of the connection point, the size of which essentially corresponds to the area that covers the electrically conductive mass 5 . To produce the conductive connection, the carrier 4 and copper wire are lowered onto the conductor 3 , so that the recess 10 closes the electrically conductive mass 5 and the coated copper wire rests on it. The connection is made in the manner already described, in the case shown that energy is supplied from two sides. The special design of the carrier largely prevents lateral leakage of the electrically conductive mass.
Bei allen gezeigten Anordnung kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Kupferdraht 1 und elek trischem Leiter 3 hergestellt werden, ohne daß die Ummantelung 2 zuerst vom Kupferdraht entfernt werden müßte. Die erzielte Verbindung ist stabil und insbesondere durch die in Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausgestaltungen zusätzlich mechanisch gegen Beschä digungen geschützt.In all the arrangement shown, the method according to the invention can be used to produce an electrically conductive connection between copper wire 1 and electrical conductor 3 in a particularly simple and cost-effective manner, without the sheath 2 having to be removed from the copper wire first. The connection achieved is stable and, in particular, additionally mechanically protected against damage by the embodiments shown in FIGS . 2 to 4.
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