DE2214749A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONNECTING THIN METAL WIRES TO A METALLIC WORKPIECE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR CONNECTING THIN METAL WIRES TO A METALLIC WORKPIECEInfo
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Description
MESSER GRIESIIEIM GMBH MG 554KNIFE GRIESIIEIM GMBH MG 554
Kennwort: Feinstdrahtschweißen
Erfinder: Sehönhofer, StrohmeierPassword: ultra-fine wire welding
Inventor: Sehönhofer, Strohmeier
Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von dünnen Metalldrähten mit einem metallischen WerkstückMethod and device for connecting thin metal wires to a metal workpiece
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von dünnen Metalldrähten, insbesondere isolierten Metalldrähten mit einem metallischen Werkstück·The invention relates to a method and a device for connecting thin metal wires, in particular insulated ones Metal wires with a metallic workpiece
Zum Verbinden von dünnen Drähten (vorzugsweise mit einem Durchmesser etwa zwischen 0,04 und 1 mm) mit einem Werkstück werden unterschiedliche Verbindungsverfahren, wie Widerstandsnikropunktschveißen, Elektronen- und Laserschweißen sowie Feinlöten eingesetzt, von denen das Mikropunktschweißen das wirtschaftlichste Verfahren ist. Beim Mikropunktschweißen wird Jedoch verfahrensbedingt ein relativ großer Druok auf den anzuschweißenden Draht ausgeübt, wodurch dieser während des Schweißebs v*»rformt (plattgedrückt) wird und eine gleichbleibende optimale Verbindung von Draht und Werkstück nicht immer gewährleistet ist.For connecting thin wires (preferably with a Diameter between 0.04 and 1 mm) with a workpiece, different connection processes, such as resistance micro-point welding, Electron and laser welding as well as fine soldering are used, of which micropoint welding most economical process is. In micro-spot welding However, due to the process, a relatively large pressure is exerted on the wire to be welded, causing it during of the weld is v * »rformt (pressed flat) and a constant optimal connection of wire and workpiece is not always guaranteed.
Darüberhinaus ist das Mikropunktsehweißen zum Anschweißen von isolierten Drähten nicht ohne weiteres einsetzbar. Vielmehr muß vor dem Schweißen die Drahtisolation (Lacksohicht) entweder mechanisch oder durch Värmeeinbringung in den Draht und damit Verdampfung der Isolation entfernt werden. Zu Letzterem sind die verschiedensten Vorrichtungen als Zusatzteil für eine Mikropunktschwelßmacchine bekannt. Eine derartige Vorrichtung, die sich in der Praxis besonders bewährt hat, ist in der DOS Hr. 1 690 647 geoffenbart.In addition, micropoint welding for welding insulated wires cannot easily be used. Much more must either the wire insulation (Lacksohicht) before welding mechanically or by introducing heat into the wire and thus evaporation of the insulation. To the latter a wide variety of devices are known as an additional part for a micro-point welding machine. Such a device, which has particularly proven itself in practice, is in the DOS Mr. 1,690,647.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchem bzw. welcher in einfachster Art und Weise sowohl nichtisoliete als auch isolierte dünne Drähte mit einem Werkstück verbindbar sind.The object of the present invention is to provide a method and to create a device with which or which in the simplest manner both non-insulated and insulated thin wires can be connected to a workpiece.
Die Erfindung besteht darin, daß der Draht auf das Werkstück aufgelegt, anschließend die V/erkstückoberfläche im Draht- · auflagebereich erhitzt und aufgeschmolzen und dann der Draht in die aufgeschmolzene Oberfläche eingebettet wird.The invention consists in that the wire is placed on the workpiece, then the workpiece surface in the wire contact area is heated and melted and then the wire is embedded in the melted surface.
Durch das erfindungsgettiäße Verfahren wird vorteilhaft eine Verformung des dünnen Drahtes vermieden. Darüberhinaus wird der Draht von dem schmelzflüssigen Metall in gewissem Maße umflossen, wodurch eine optimale Verbindung von Draht und Werkstück erreicht wird.The method according to the invention is advantageous Deformation of the thin wire avoided. Furthermore The molten metal flows around the wire to a certain extent, creating an optimal connection of Wire and workpiece is reached.
Ferner sind rait dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Verbindungen von isolierten Drähten ohne vorheriges mechanisches Abisolieren mit einem Werkstück möglich, da durch die Erhitzung der Werkstückoberfläche und der damit verbundenen Wärmeeinwirkung auf den Draht die Lackisolation verdampft, so daß in kürzester Zeit eine gute elektrische und mechanische Verbindung zwischen Draht und Werkstückoberfläche entsteht.Furthermore, the method according to the invention also includes compounds of insulated wires without prior mechanical stripping with a workpiece, because of the heating the surface of the workpiece and the associated heat effect on the wire, the enamel insulation evaporates, so that a good electrical and mechanical connection between the wire and the workpiece surface is established in the shortest possible time.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, daß die Widerstandserwärmung mit zwei aufeinanderfolgenden, in ifrer Intensität verschiedenen Stromstößen erfolgt, wobei der erste Stromstoß kleiner ist als der zweite. Durch den ersten Stromstoß wird die Oberfläche erhitzt und dadurch die Isolation verdampft, v/ährend der zweite Stromstoß das Aufschmelzen der Oberfläche bewirkt.In an advantageous further development of the invention, it is proposed for this purpose that that the resistance heating takes place with two successive current impulses of different intensity, the first rush current being less than the second. The surface is heated by the first surge of electricity and as a result, the insulation evaporates, while the second current surge causes the surface to melt.
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Die Intensität der Stromstöße (abhängig.·von döE3 Durchmesser des anzuschweißenden Drahtes, der Isolation"sowie des Werkstückes) kann durch Zeit- (Einschaltzeit des Stromes) und/oder Ampli-. tudenverstellung an einem an sich bekannten Sehweißstrorasteuergerät (Phasenanschnittsteuerung), welches in einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Peinpunktschweißmaschine angeordnet ist, erfolgen. . ';The intensity of the current impulses (depending on the döE3 diameter of the wire to be welded, the insulation "and the workpiece) can by time (switch-on time of the current) and / or ampli. tudenadjustment on a known visual flow control device (Phase control), which in a pinpoint welding machine suitable for carrying out the method according to the invention is arranged to take place. . ';
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Mikropunktsohweifimaschine bekannter Ausführung mit einer ersten und einer zweiten Elektrode durchgeführt werden. Gemäß der Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, daß die dem Draht zugeordnete erste Elektrode in der Stirnfläche eine, vorzugsweise prismatische Einkerbung aufweist und die zweite Elektrode dem Werkstück zugeordnet ist. Durch-die Einkerbung in der Stirnfläche wird eine Elektrode gebildet, dio einerseits den Draht ±i« Schweißbereich zum Teil umfaßt und andererseits rechts und links des Drahtes auf der Werkstückoberfläche anliegt. Durch das beidseitige Anliegen der ersten Elektrode wird eine Strosnkonzentration in der Werkstückoberfläche im Drahtauflagebereich erreicht und somit dieser Oberflächenteil in kurzer Zeit erhitzt und aufgeschmolzen.The method according to the invention can be carried out with a micro-point welding machine known design can be carried out with a first and a second electrode. According to the invention For this purpose, it is proposed that the first electrode assigned to the wire be a, preferably prismatic, electrode in the end face Has notch and the second electrode is associated with the workpiece. Through the notch in the face an electrode is formed, on the one hand the wire ± i « Part of the welding area and on the other hand rests on the workpiece surface to the right and left of the wire. By when the first electrode rests on both sides, it becomes a concentration of stray in the workpiece surface in the wire support area reached and thus this part of the surface is heated and melted in a short time.
Durch das Umfassen des Drahtes wird derselbe durch die Elektrode in der Schweißposition fixiert. Eine bevorzugte Ausführungsforra der ersten Elektrode besteht gemäß "der Erfindung darin, daß diese Elektrode aus zwei Hälften besteht, deren gegen den Draht gerichteten Enden so ausgebildet sind, daß diese zusammen die vorzugsweise prismatische Einkerbung bilden. By embracing the wire, it is fixed in the welding position by the electrode. A preferred embodiment the first electrode consists according to "the invention that this electrode consists of two halves, whose ends directed towards the wire are designed so that they together form the preferably prismatic notch.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dann einsetzbar, wenn als Werkstück eine auf einer isolierenden Unterlage aufgebrachte Metallschicht dient, wie es beispielsweise bei Leiterplatten der Fall ist. Hierbei ist eine Kontaktierung des Werkstückes von der Unterseite her nicht mehr möglich. Zur Durchführung des erfinduncsgenäßen Verfahrens bei derartigen Werkstücken wird vorgeschlagen, daß die erste und zweite Elektrode in einem gemeinsamen Halter angeordnet sind, wobei deren gegen den Draht gerichteten Enden so ausgebildet sind, daß diese zusammen die vorzugsweise prismatische Einkerbung bilden, und daß ferner die Elektroden voneinander isoliert und mit getrennten Stromzuleitunger, versehen sind.The method according to the invention can also be used when A metal layer applied to an insulating base serves as the workpiece, as is the case, for example, with printed circuit boards the case is. In this case, contacting the workpiece from the underside is no longer possible. To the Implementation of the method according to the invention in such Workpieces it is proposed that the first and second electrodes are arranged in a common holder, wherein whose ends directed towards the wire are designed so that they together form the preferably prismatic notch form, and that furthermore the electrodes are insulated from one another and provided with separate power supply lines.
Im folgenden v/ird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf weitere besondere Merkmale sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In the following, the invention is illustrated by the description of exemplary embodiments with reference to further particular ones Features and explained in more detail with reference to the drawings.
In den Zeichnungen veranschaulicht:Illustrated in the drawings:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer VorrichtungFig. 1 shows an embodiment of a device
zur· Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. for carrying out the method according to the invention.
Fig. 2 eine Verbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren2 shows a connection according to the method according to the invention
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 3 shows a further exemplary embodiment of a device
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Durchführung dos erfindungsgemäßen Verfahrens in vergrößerter Darstellung (Maßstab. etwa 5:1) veranschaulicht. Die Vorrichtung 10 weist eine erste Elektrode 11 sowie eine zweite Elektrode 12 auf.In Fig. 1, a device 10 for performing dos according to the invention Procedure in an enlarged view (scale. about 5: 1). The device 10 has a first Electrode 11 and a second electrode 12.
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Die Elektroden 11, 12 sind zueinander beweglich angeordnet,
wie durch Pfeile A angedeutet und können mittels nicht dargestellter
Druckzylinder gegeneinander gedrückt werden. Die
erste Elektrode Ii und die zweite Elektrode 12 sind über Leitungen
Ij5 und Ik an einen Schweißtransforrnator 15 angeschlossen,
der primärseitig von einer Vorrichtung 16.gesteuert
wird.The electrodes 11, 12 are arranged to be movable relative to one another,
as indicated by arrows A and can be pressed against one another by means of pressure cylinders, not shown. the
The first electrode Ii and the second electrode 12 are connected via lines Ij5 and Ik to a welding transformer 15, which is controlled on the primary side by a device 16
will.
Die erste Elektrode 11 ist in einem Elektro.--denhalter 17 angeordnet,
dessen unteres Ende 17a von einer mittels eines Stiftes
l8 fixierten Spannhülse 19 umgeben ist, in welcher Spannschrauben 2ü, 21 angeordnet sind. Die Spannschrauben 20, 21
wirken auf ein Klemmstück 22, welches mit.der Elektrode 11 in
Verbindung steht. Ferner ist im Elektrodenhalter 17 eine Einstellschraube 2j5 vorgesehen, die mit der Elektrode 11 in Verbindung
steht und zuö Einstellen der aus dem Elektrodenhalter
17 herausragenden freien Elektrodenlänge dient« Erfindungsgemäß weist die erste Elektrode 11 in der Stirnfläche 24 eine
vorzugsweise prismatische Einkerbung 25 auf. Beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 besteht die Elektrode 11 aus zwei Hälften (Flachstäben) 2β, 27, deren Enden 26a, 27a so ausgebildet sind
(Spitzen 28, 29), daß diese zusammen die Einkerbung 25 bilden.The first electrode 11 is arranged in an electrode holder 17, the lower end 17a of which is surrounded by a clamping sleeve 19 which is fixed by means of a pin 18 and in which clamping screws 2ü, 21 are arranged. The tensioning screws 20, 21
act on a clamping piece 22 which is connected to the electrode 11. In addition, an adjusting screw 2j5 is provided in the electrode holder 17, which is connected to the electrode 11 and is used to adjust the free electrode length protruding from the electrode holder 17. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the electrode 11 consists of two halves (flat rods) 2β, 27, the ends 26a, 27a of which are designed (tips 28, 29) that they together form the notch 25.
Gemäß dem erfindungsgeraäßen Verfahren wird ein Draht 30, beispielsweise
ein lackisolierter Kupfer-Draht, auf ein Werkstück 31, z. B. Spule, Drossel, Relais, metallische Oberflächen mit
einem Überzug aus Metall mit niedrigem Schmelzpunkt (Zinnblei) aufgelegt, anschließend die Werkstückoberfläche 32 im Drahtauflasebereich
33 erhitzt und aufgeschmolzen und dann der
Draht 30 in die aufgeschmolzene Oberfläche 32 eingebettet.Das
Erhitzen und Aufschmelzen erfolgt durch Stromzuführung über
die erste .Elektrode 11 sowie die zweite Elektrode 12.According to the method according to the invention, a wire 30, for example an enamel-insulated copper wire, is attached to a workpiece 31, e.g. B. coil, choke, relay, metallic surfaces with a coating of metal with a low melting point (tin lead) are placed, then the workpiece surface 32 is heated and melted in the Drahtauflasbereich 33 and then the
Wire 30 embedded in the melted surface 32. The heating and melting takes place by supplying power via
the first .Elektrode 11 and the second electrode 12.
- 6 -309839/0769- 6 -309839/0769
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Kupfer-Copper-
Beispielsweise wird zum Verbinden eines isolierten Kupferdrahtes - Cut-Draht - (Durchmesser von 0,08 mm) mit einem Werkstück (verzinntes Ms-Blech) ein Stromstoß mit einer Periode Dauer bezogen auf 50 Hz Wechselstrom zugeführt. Der Schweißdrucl: beträgt etwa 8 Kp, Bei <2inera Drahtdurchmesser von 0,22 mm beträgt die Gesamtschwei3zeit 4 Perioden (eine Periode erster Stromstoß, zwei Perioden Pause, eine Periode zweiter Stromstoß). Der Sahweißdruck liegt etwa bei 10 Kp. Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verr bindung ist in vergrößerter Darstellung in Fig. 2 veranschaulicht. Wie aus dieser Fig. 2 hervorgeht, ist der Draht 30 in der Oberfläche 32 des Werkstückes 3I eingebettet und z. Teil von erstarrtem Grundmaterial Bereich 33 umgeben. Der Draht 30 1st nicht verformt (plattgedrückt), da durch die Einkerbung der Elektroden - die Rille in der Stirnfläche bildet eine Gießform für den aufgeschmolzenen Grundwerkstoff, der den Draht umfließt-die Form erhalten bleibt.For example, to connect an insulated copper wire - cut wire - (diameter of 0.08 mm) to a workpiece (tinned brass sheet), a current impulse with a period duration based on 50 Hz alternating current is supplied. The welding pressure: is about 8 Kp, with <2inera wire diameter of 0.22 mm the total welding time is 4 periods (one period of the first current impulse, two periods of pause, one period of the second current impulse). The Sahweißdruck is about 10 Kp. A Ver produced by the process of this invention r bond is in an enlarged view in FIG. 2 illustrates. As can be seen from this Fig. 2, the wire 30 is embedded in the surface 32 of the workpiece 3I and z. Part of solidified base material area 33 surrounded. The wire 30 is not deformed (flattened) because the notch of the electrodes - the groove in the end face forms a mold for the molten base material that flows around the wire - the shape is retained.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vergrößerter Darstellung (Maßstab etwa 5:1) veranschaulicht, bei der die erste Elektrode 34 und die zweite Elektrode 35 in einem gemeinsamen Halter 36 angeordnet sind. Die gegen den Draht 30 gerichteten Enden 34a und 35a der Elektroden 34, 35 weisen eine Spitze 37 bzw. 38 auf und bilden zusammen eine Einkerbung 39· Ferner sind die Elektroden 34, 35 voneinander isoliert (Isolation 40, 41) und mit getrennten Stromzuleitungen 42, 43 versehen. Die Stromzuleitungen 42, 43 sind mit einem Transformator 15 verbunden. Die beiden Elektroden 34, 35 berühren sich leitend an ihren gegen den Draht 37 gerichteten Enden. Infolgedessen wird bei Stromzuführung diese Berührungsstelle mit erhitzt und überträgt zusätzlich Wärme in den Verbindungsbereich. In Fig. 3 is a further embodiment of a device for carrying out the method according to the invention in an enlarged representation (scale about 5: 1) illustrates, in which the first electrode 34 and the second electrode 35 are arranged in a common holder 36 are. The ends 34 a and 35 a directed against the wire 30 of electrodes 34, 35 have a tip 37 and 38, respectively and together form a notch 39Furthermore, the electrodes 34, 35 are insulated from one another (insulation 40, 41) and provided with separate power supply lines 42, 43. the Power supply lines 42, 43 are connected to a transformer 15 tied together. The two electrodes 34, 35 conductively touch one another at their ends directed towards the wire 37. As a result, this point of contact is with power supply heats and transfers additional heat to the connection area.
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Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, isolierte oder nichtisolierte
Drähte mit einem Werkstück au verbinden, welches
auf einer isolierenden Unterlage angeordnet bzw. aufgebracht ist (beispielsweise wetailschichtdieke 35 bis 70 «ra auf Leiterplatten
und Kernspeicherrahmen).With this device it is possible to connect insulated or non-insulated wires to a workpiece which
is arranged or applied on an insulating base (for example, wetailschichtdieke 35 to 70 «ra on circuit boards and core storage frames).
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 3 bestehen gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Elektroden 11, 12 bzw. 3^, 35 aus einem Sintermetall, vorzugsweise Wolframainterwerkstoff. Dadurch wxrd trotz der auftretenden thermischen Wechselbeanspruchungesa eine hohe Lebensdauer der Elektroden gewährleistet.In the embodiment according to FIGS. 1 and 3, there are according to Another suggestion of the invention, the electrodes 11, 12 and 3 ^, 35 made of a sintered metal, preferably tungsten material. As a result, despite the alternating thermal stresses that occur, a long service life is achieved of the electrodes.
Die Erfindung ist bevorzugt zum Verbinde© von nichtisolierten
oder isolierten Cu-Drähten mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,04 und 0,25 nim mit Werkstücken anwendbar. Es ist jedoch
selbstverständlich auch möglich und liegfc im Rahmen der ErfindungjDrähte
mit einem anderen Durchmesser* und aus einem anderen
Material, beispielsweise Messing, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Werkstücken zu verbinden.The invention can preferably be used for connecting non-insulated or insulated Cu wires with a diameter between approximately 0.04 and 0.25 nm to workpieces. However, it is
Of course, it is also possible and within the scope of the invention to connect wires with a different diameter * and made of a different material, for example brass, to workpieces by the method according to the invention.
2. 2. 19722. 2. 1972
309839/0769309839/0769
Claims (2)
Priority Applications (3)
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| DE19722214749 DE2214749A1 (en) | 1972-03-25 | 1972-03-25 | METHOD AND DEVICE FOR CONNECTING THIN METAL WIRES TO A METALLIC WORKPIECE |
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Applications Claiming Priority (1)
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Family
ID=5840230
Family Applications (1)
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1972
- 1972-03-25 DE DE19722214749 patent/DE2214749A1/en active Pending
-
1973
- 1973-03-21 FR FR7310048A patent/FR2177836A1/en active Granted
- 1973-03-22 CH CH420873A patent/CH546114A/en not_active IP Right Cessation
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2177836B3 (en) | 1975-10-24 |
| FR2177836A1 (en) | 1973-11-09 |
| CH546114A (en) | 1974-02-28 |
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