DE2154958C3 - Sicherheitslötstelle in hochspannungsführenden Leiterbahnen in gedruckten Schaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lötstelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs, die vorzugsweise bei Fernsehgeräten, Oszillografen, usw. verwendbar ist.

Bekanntlich werden durch Anwendung von Leiterbahnen auf Leiterplatten in Form der sogenannten Gedruckten Schaltungen erhebliche Verdrahtungs-Kosten durch Wegfall von handverdrahteten Verbindungs-Leitungen erzielt.

Die Nachteile der Leiterplatten sind jedoch, daß bei übermäßiger mechanischer Beanspruchung, z. B. bei einem Sturz des Gerätes auf dem Transport leicht Haarrisse in den Leiterplatten auftreten können, die zwangsläufig auch zu Rissen in den Kupfer-Folien führen, die die Leiterbahnen darstellen. Solange die an den Unterbrechungsstellen anliegenden Spannungen kleiner sind als die Spannungen, die zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens notwendig sind, so können dadurch erhebliche Störungen bis zum Ausfall des Gerätes auftreten, die dessen Reparatur notwendig machen. Entstehen jedoch darüber hinaus an den feinen, mitunter kaum sichtbaren Haarrissen in den Leiterbahnen an der Unterbrechungsstelle so hohe Spannungen und sind die angeschlossenen Energie-Quellen so niederohmig, daß ein genügender Strom nachgezogen werden kann, so daß nach einmaliger Initial-Zündung durch die hohe Spannung ein Lichtbogen brennt, so wird dadurch unweigerlich die Leiterplatte in Brand gesetzt.

Die einmal brennende Leiterplatte setzt weitere Bauteile in Brand, und die Folgen können ein verheerendes Ausmaß annehmen.

Es ist bekannt, Leiterbahnen auf Leiterplatten, die hohe Ströme führen und bei denen an einer Unterbrechungsstelle hohe Spannungen auftreten, voll zu verzinnen. Der sonst übliche Lötstoppkick, der aus Gründen der Zinn-Ersparnis normalerweise die Leiterbahn abdeckt und zugleich auch vor Korrosion schützt und auch nur die Leiterbahn an der Lötstelle selbst in Form eines freien Lötauges freiläßt, wird weggelassen. Wenn jetzt die Leiterplatte einen Haarriß bekommt, so genügen im allgemeinen die auf der Kupfer-Folie aufgetragenen Zinn-Mengen, infolge der plastischen Verformbarkeit des Zinnes die Stelle des Haarrisses überbrückt zu halten, da erfahrungsgemäß das Zinn nur selten mit einreißt, wenn die Kup^fer-Folie schon einen Haarriß bekommen hat.

Diese bekannte Maßnahme hat jedoch einen Nachteil. Ist mitten an einer voll zu verzinnenden Fläche einer Leiterbahn oder einer Leiterbahn-Flache ein Loch angebracht, durch das der Anschluß-Draht oder der Anschluß-Stift eines Bauteils zwecks Verlötung hindurchgesteckt wird, so hat die Lötstelle keine mechanische Festigkeit Die Oberflächen-Spannung des noch flüssigen Lötzinnes zieht den Löttropfen vom Anschlußdraht ab in die Breite und hat das Bestreben, das Zinn gleichmäßig auf die ganze Fläche zu verteilen.

Aus diesem Grund ist es üblich, das Lot-Auge so auszubilden daß um die Lötstelle herum nur soviel zu verzinnende Fläche übrigbleibt, daß der am Anschluß-Draht bzw. am Anschluß-Stift des zu befestigenden Bauteils haftende Löttropfen nicht in die Breite fließen kann, sondern eine nahezu halbkugelförmige Gestalt behält Allerdings wird in Richtung der abgehenden Leiterbahn dem Abfließen des Löttropfens kein Einhalt geboten. Um dem abzuhelfen, ist es bekannt (DT-AS 11 87 282), einen schmalen Ring aus Lötstopplack nur um die Lötstelle herumzulegen mit dem Ziel, den Löttropfen in einer nahezu halbkugelförmigen Form zusammenzuhalten.

Die praktische Erfahrung in der Groß-Serie hat jedoch gezeigt, daß auch dieses Verfahren noch keinen KMW'üigen Schutz gegen Lichtbogen-Bildung gibt, da es durchaus vorkommen kann, daß ein Haarriß, der durch einen Transport-Schaden entstanden ist, genau durch ein Löt-Auge mit einem solchen Ring aus Lötstopplack hindurchgeht. Da die Leiterbahn nur mit Ausnahme des Rings aus Lötstopplack voll verzinnt ist, kann dort eine Leiterbahn-Unterbrechung und ein Lichtbogen entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lötstelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs so auszubilden, daß fast ohne Mehrkosten das Entstehen von Unterbrechungen, Wackelkontakten und Lichtbogen und die damit verbundenen unangenehmen oder sogar gefährlichen Folgen weitgehend vermieden werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, in der zeigt

Fig. la bis 2b herkömmliche Lötstellen in gedruckten Schaltungen,

F i g. 3a und 3b eine Lötstelle nach der Erfindung.

Fig. la und Ib zeigen ein noch unverlötetes Löt-Auge in einer Leiterplatte. Das Träger-Material der Leiterplatte 1, z. B. Hartpapier oder ein anderes geeignetes schichtförmiges Material, trägt aufkaschiert eine Kupfer-Folie 2, von der bis auf die übriggebliebenen Leiterbahnen der größte Teil herausgeätzt worden ist. Die stehengebliebene Kupfer-Folie 2 zeigt also eine Leiterbahn auf dem Träger-Material 1. Die Leiterbahn 2 ist wiederum mit einer Schicht aus Lötstopplack 3 abgedeckt, die die Leiterbahn vor Oxydation schützt, und die an der Lötstelle nur das Löt-Auge 4 freiläßt, in dem sich in der Mitte das Loch 5 befindet und ringsherum ein Ring aus frei liegendem Kupfer der Leiterbahn.

Die Abdeckung aus dem Lötstopplack 3 ist so ausgebildet, daß rings um das Loch 5 der Innendurchmesser D der Lötstopplack-Abdeckung so groß ist, daß sich gemäß Fig. Ic der Löttropfen 6, der sich zwischen Leiterbahn 2 und Anschluß-Draht bzw. Anschluß-Stift 7 des Bauelementes ausbildet, eine nahezu halbkugelförmige Gestalt hat. Dadurch ist das Bauelement mechanisch fest verankert.

In Fig. la ist ein Haarriß 8 eingezeichnet, wie er z. B. bei einem Transportschaden, «I h. durch den Sturz des Gerätes eintreten kann. Der Haarriß geht in gleicher Weise durch das Träger-Material 1, die Leiterbahn 2 und den Lötstopplack 3 hindurch. An der Stelle 9, an der die Leiterbahn unterbrochen ist, kann bei ausreichend hoher Spannung an der Unterbrechungsstelle und bei einem genügenden Nachschub von Strom eine Brandstelle entstehen.

Bei den Beispielen nach F i g. 2a und 2b wird die Leiterbahn voll verzinnt. Auch hier ist das Träger-Material 1 mit einer Kupfer-Folie 2 kaschiert. Die Schicht aus Lötstopplack 3 greift nicht über die Leiterbahn über; diese ist in der vollen Breite mit Zinn 6 bedeckt. Der Anschluß-Draht bzw. der Ansch'uß-Stift 7 des anzulötenden Bauelementes ist aber durch das auf der vollen Breite der Leiterbahn breitgeflossene Zinn 6 an der Stelle seiner Durchführung 6a durch das Träger-Material nicht so fest mit dem Träger-Material 1 wie bei der F i g. la bis Ic verbunden. Es feht die halbkugelförmige Aufhäufung des Zinnes.

Wenn durch einen Rüttelvorgang, z. B. bei dem Transport des Gerätes, das am Anschluß-Draht hängende Bauteil infolge seiner Massen-Trägheit hin- und hergehende Kräfte auf die Lötstelle ausübt, können an der relativ dünnen Lötverbindung 6a Ermüdungs-Erscheinungen auftreten. Die Lötstelle wird mechanisch zerstört, d. h., die Lötbefestigung bekommt einen Wakkelkontakt.

An der Unterbrechungsstelle kann sich wiederum beim Vorhandensein von genug Spannung und Strom ein Lichtbogen ausbilden, der günstigstenfalls das Wiederfestlöten des Anschlusses, möglicherweise aber auch die Zerstörung der Leiterplatte durch Brand zu Folge hat.

Um ein Auseinanderfließen des Lötzinnes wenigstens teilweise abzustellen, ist bereits versucht worden, Einschnürungen 10 (Fig.2a) an dem Kupfer der Leiterbahn anzubringen. Die Einschnürung kann nicht beliebig weit fortgeführt werden. Der Strompfad wird zu stark eingeschnürt örtliche Erhitzung ist die Folge. S F i g. 2a zeigt auch, wie ein Haarriß 8 im Träger-Material unter der Zinn-Auflage 6 hindurchläuft und diese wie eine Art Brücke über den Haarriß läuft

F i g. 3a zeigt eine komplette verzinnte Lötstelle nach der Erfindung im Grundriß und F i g. 3b im Schnitt.

Das Loch, durch das der Anschluß-Draht bzw. Anschluß-Stift 7 des zu verlötenden Bauelementes hindurch gesteckt ist, ist im Abstand mit einem Ring aus Lötstopplack 11 umgeben, der die Aufgabe hat, das Zinn 6 an der Stelle 6a zu einem annähernd halbkugelförmigen Tropfen zu formen, um die mechanische Festigkeit der Lot-Verbindung zu gewährleisten. Außerhalb des Ringes 11 aus Lötstopplack befindet sich aber noch ein Stück der Leiterbahn 2, das von der Zinn-Auflage 6i> bedeckt ist.

Erhält jetzt das Träger-Material 1 der Leiterplatte durch einen Stoß-Vorgang einen Haarriß 8 an seiner ungünstigsten Stelle, nämlich mitten durch das Löt-Auge hindurch, dann wird zwar die Kupfer-Kaschierung in ihrer vollen Breite unterbrochen, aber es bleibt durch die nach hinten um die Lötstelle herum übergreifenden Zinnbrücken 12 die Lötstelle immer noch in Ordnung, da der Strom von der Leiterbahn 2 über die beiden Brücken 12 hinweg immer noch von hinten her auf die Lötverbindung 6a zum Anschluß-Draht 7 führen kann. Selbst wenn bei einer eventuell eintretenden Verbreiterung des Haarrisses 8 eine der beiden Zinnbrükken 12 aufreißen sollte, so bleibt immer noch die zweite, und es ist eine hohe Sicherheit gegen Lichtbogen-Bildung und die damit zusammenhängende Gefahr eines Brandes gegeben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.

Claims (1)

1. Patentanspruch: ^

   Lötstelle in einer vollverzinnten Leiterbahn einer gedruckten Schaltung, vorzugsweise für hohe Spannungen und große Ströme, bei der um das Loch, durch das ein Anschluß-Draht bzw. ein Anschluß-Stift des anzulötenden Bauteils hindurchgesteckt ist, ein vorzugsweise konzentrischer Ring aus Lötstopplack gelegt ist, der in seinem Durchmesser so bemessen ist, daß der Löt-Tropfen infolge seiner OberRächen-Spannung in noch flüssigem Zustand annähernd halbkugelförmig zusammengehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaschierung (2) am gesamten äußeren Umfang des Rings (U) aus Lötstopplack über diesen hinausragt und verzinnt ist (6b).