DE2650348A1 - Electric component soldered on printed circuit board - using layer of nickel covered by gold to ensure strong soldered joint - Google Patents

Electric component soldered on printed circuit board - using layer of nickel covered by gold to ensure strong soldered joint

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Abstract

An electric circuit incorporates a printed circuit borad consisting of an insulating substrate with conductor path(s) pref. of Cu, At least one discrete electric element has >=1 metal connecting wire, e.g. Ni-Fe alloy, joined to the conductor path by soft solder. In the region of the joint, the path and/or the wire are coated with a thin layer (I) of Ni, followed by a layer (II) of gold, which is thin when compared with (I). (I) is pref. of thickness 1 mu, and (IIe is pref. of thickness 0.05-0.2 (esp. 0.1) mu. The Au may be applied by electroless plating, and the solder is pref. Sn, Pb, Pb-Sn, esp. with eutectic compsn. or Sn and/or Pb with another element. The board pref. has a hole through which the connecting wire passes. Process ensures adequate wetting of the wire and the conductor path by the solder resulting in a strong joint.

Description

Anlage zurAttachment to

Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung Elektrische Schaltungsanordnung Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte, die durch ein isolierendes Substrat und durch mindestens eine Leiterbahn gebildet wird, die auf das Substrat aufgebracht ist und vorzugsweise aus Kupfer besteht, und mit mindestens einem diskreten elektrischen Bauelement mit mindestens einem vorzugsweise aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehenden metallischen Anschlußleiter, der mit der Leiterbahn mittels eines Weichlots verlötet ist.Patent and utility model auxiliary application for electrical circuitry The invention relates to an electrical circuit arrangement with a printed circuit board, formed by an insulating substrate and by at least one conductor track which is applied to the substrate and preferably consists of copper, and with at least one discrete electrical component with at least one metallic connecting conductors, preferably made of a nickel-iron alloy, which is soldered to the conductor track by means of a soft solder.

Elektrische Schaltungsanordnungen dieser Art sind bekannt.Electrical circuit arrangements of this type are known.

Bei derartigen Schaltungsanordnungen treten häufig Fehler in den Lötstellen zwischen metallischem Anschlußleiter und Leiterbahn auf, die durch eine mangelhafte Benetzung dieser Teile mit dem Weichlot bedingt sind.In such circuit arrangements, errors often occur in the soldered joints between the metallic connection conductor and the conductor track, which is caused by a defective Wetting of these parts with the soft solder are conditional.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile bei einer elektrischen Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu beseitigen.The invention is based on the object of these disadvantages in a to eliminate electrical circuit arrangement of the type mentioned.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leiterbahn und/oder der metallische Anschlußleiter mindestens im Bereich der Lötstelle mit einer zweischichtigen Metallisierung belegt ist, die aus einer auf die Leiterbahn bzw. auf den Anschlußleiter aufgebrachten Nickelschicht und aus einer auf die Nickelschicht aufgebrachten Goldschicht besteht, wobei die Nickelschicht im Vergleich zur Leiterbahn bzw. im Vergleich zum Anschlußleiter dünn ist und die Goldschicht im Vergleich zur Nickelschicht ebenfalls dünn ist.According to the invention, this object is achieved in that the conductor track and / or the metallic connecting conductor at least in the area of the solder joint a two-layer metallization is occupied, which consists of one on the conductor track or a nickel layer applied to the connection conductor and a layer of nickel applied to the nickel layer applied gold layer, the nickel layer compared to the conductor track or compared to the connecting conductor is thin and the gold layer compared to Nickel layer is also thin.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of the drawing.

Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte und mit einem diskreten elektrischen Bauelement, teilweise im Schnitt, Fig. 2 einen metallischen Anschlußleiter eines diskreten elektrischen Bauelements mit einer auf ihn aufgebrachten Nickelschicht und mit einer auf die Nickelschicht aufgebrachten Goldschicht, Fig. 3 eine durchkontaktierte Leiterplatte mit einer aus Kupfer bestehenden Leiterbahn, wobei auf die Leiterbahn eine Nickelschicht und auf die Nickelschicht eine Goldschicht aufgebracht ist.1 shows an electrical circuit arrangement according to the invention with a printed circuit board and with a discrete electrical component, partially in section, Fig. 2 shows a metallic connecting conductor of a discrete electrical Component with a nickel layer applied to it and with one on the Nickel layer applied gold layer, 3 shows a plated through hole Printed circuit board with a conductor track made of copper, whereby the conductor track a nickel layer and a gold layer is applied to the nickel layer.

In Figur 1 ist eine Anordnung mit einer Leiterplatte 10 dargestellt. Die Leiterplatte 10 besteht aus einem elektrisch isolierenden Substrat 10a aus Kunststoff, beispielsweise Hartpapier oder mit Epoxidharz getränktem Glasfasergewebe, und aus Leiterbahnen, die auf die Unterseite des Substrats 10a aufgebracht sind. Eine dieser aus Kupfer bestehenden Leiterbahnen ist bei 10b dargestellt. Die Leiterplatte 10 ist mit einer Bohrung 11 versehen, die auch die Leiterbahn lOb durchdringt.In Figure 1, an arrangement with a circuit board 10 is shown. The circuit board 10 consists of an electrically insulating substrate 10a made of plastic, for example hard paper or glass fiber fabric soaked with epoxy resin, and made of Conductor tracks that are applied to the underside of the substrate 10a. One of these Conductor tracks made of copper are shown at 10b. The circuit board 10 is provided with a bore 11 which also penetrates the conductor track lOb.

An der Oberseite des Substrats ist ein diskretes elektrisches Bauelement 12, das als Leistungshalbleiterbauelement ausgebildet ist, angeordnet. Das Gehäuse des diskreten elektrischen Bauelementes besteht aus einer So ckelp latte 12a und aus einer Deckkappe 12b, die mit der Sockelplatte 12a verschweißt ist.At the top of the substrate is a discrete electrical component 12, which is designed as a power semiconductor component, is arranged. The case of the discrete electrical component consists of a base plate 12a and from a cover cap 12b which is welded to the base plate 12a.

Zwischen dem diskreten elektrischen Bauelement 12 und dem Substrat lOa ist ein aus Aluminium bestehendes Blechteil 13 angeordnet, das zur Kühlung des diskreten elektrischen Bauelementes 12 dient und als planparallele Platte ausgebildet ist. Das Blechteil 13 ist mit einer Bohrung 14 versehen, die koaxial zur Bohrung 11 angeordnet ist. Das diskrete elektrische Bauelement 12, das Blechteil 13 und die Leiterplatte 10 sind durch zwei Niete 15, die durch entsprechende Bohrungen hindurchgeführt sind und die Teile 12a, 13, 19a aneinanderpressen, mechanisch miteinander verbunden. Zwischen den durch die beiden Niete 15 definierten Befestigungsstellen ragt aus dem Gehäuse des diskreten elektrischen Bauelementes 12 ein stiftförmiger, aus einer Ni-Fe-Legierung bestehender elektrischer Anschlußleiter 16 heraus, der durch die Bohrungen 14 und 11 hindurchgeführt ist und sich über die Leiterbahn lOb hinaus erstreckt.Between the discrete electrical component 12 and the substrate A sheet metal part 13 made of aluminum is arranged, which is used for cooling the discrete electrical component 12 is used and designed as a plane-parallel plate is. The sheet metal part 13 is provided with a bore 14 which is coaxial with the bore 11 is arranged. The discrete electrical component 12, the sheet metal part 13 and the circuit board 10 are through two rivets 15, which are through corresponding holes are passed through and the parts 12a, 13, 19a press against one another, mechanically with one another tied together. Between the fastening points defined by the two rivets 15 protrudes from the housing of the discrete electrical component 12 a pin-shaped, consisting of a Ni-Fe alloy electrical connection conductor 16 out, the is passed through the bores 14 and 11 and is on the conductor track lOb extends beyond.

Der stiftförmige elektrische Anschlußleiter 16 ist mit der Leiterbahn lOb verlötet.The pin-shaped electrical connection conductor 16 is with the conductor track lOb soldered.

Das die beiden Teile 16 und 10b verbindende Lot, das die Lötstelle bildet, ist dabei mit 17 bezeichnet. Als Lot kann Zinn oder Blei oder eine Blei-Zinn-Legierung verwendet werden, denen jeweils auch noch weitere Elemente als Legierungsbestandteile beigemischt sein können. Als besonders geeignetes Weichlot hat sich jedoch eine Blei-Zinn-Legierung mit eutektischer Zusammensetzung erwiesen.The solder connecting the two parts 16 and 10b, the soldering point is denoted by 17. Tin or lead or a lead-tin alloy can be used as solder are used, each of which also has other elements as alloy components can be mixed. However, a particularly suitable soft solder has proven to be Lead-tin alloy with eutectic composition has been shown.

Zur Verbesserung der Lötverbindung ist auf die Leiterbahn lOb eine Nickelschicht 18 mit einer Dicke von 1 um und auf die Nickelschicht 18 eine Goldschicht 19 mit einer Dicke von 0,05 bis 0,2 /um, vorzugsweise 0,1 /um, aufgebracht.To improve the soldered connection, one is on the conductor track lOb Nickel layer 18 with a thickness of 1 µm and on the nickel layer 18 a gold layer 19 with a thickness of 0.05 to 0.2 / µm, preferably 0.1 / µm, applied.

Statt dessen oder zusätzlich können entsprechende Schichten auch auf den metallischen Anschlußleiter 16 aufgebracht sein, wie in Figur 2 dargestellt.Instead of this or in addition, corresponding layers can also be applied the metallic connecting conductor 16 can be applied, as shown in FIG.

Figur 3 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Leiterbahn lOb im Bereich der Lötstelle, bei der die Leiterbahn lOb durch die Bohrung 11 hindurchkontaktiert ist. Die Schichten 18 und 19 erstrecken sich hier auch über die durchkontaktierten Teile der Leiterbahn lOb.Figure 3 shows a particularly advantageous design of the conductor track 10b in the area of the soldering point at which the conductor track 10b makes contact through the bore 11 is. The layers 18 and 19 here also extend over the plated-through holes Parts of the conductor track lOb.

Bei der Herstellung der zweischichtigen Metallisierung 18, 19 hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Nickelschicht 18 auf die Leiterbahn lOb und/oder auf den metallischen Anschlußleiter 16 stromlos aufzubringen. Dasselbe gilt für das Aufbringen der Goldschicht 19 auf die Nickelschicht 18.During the production of the two-layer metallization 18, 19 has it has proven to be particularly advantageous to place the nickel layer 18 on the conductor track 10b and / or to be applied to the metallic connecting conductor 16 without current. The same thing applies to the application of the gold layer 19 to the nickel layer 18.

Hierzu wird die Leiterplatte 10 bzw. der metallische Anschlußleiter 16 in eine als Hauptbestandteil Nickelchlorid und Natriumhypophosphit enthaltende wässrige Lösung eingetaucht.For this purpose, the circuit board 10 or the metallic connecting conductor 16 into one containing nickel chloride and sodium hypophosphite as the main component immersed in aqueous solution.

Dabei wird auf e der Leiterbahn lOb bzw. auf dem Anschlußleiter 16 stromlos die Nickelschicht 18 abgeschieden. Die stromlose Abscheidung der Goldschicht 19 erfolgt anschließend in einer Sudgoldlösung bei einer Temperatur zwischen 60 und 950C. Ein Teil des unedlen Nickels geht dabei in Lösung, während sich das Gold äquivalent abscheidet.In this case, on the conductor track lOb or on the connecting conductor 16 the nickel layer 18 is deposited electrolessly. The electroless deposition of the gold layer 19 is then carried out in a gold solution at a temperature between 60 and 950C. Part of the base nickel goes into solution, while the gold deposited equivalently.

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Claims (12)

Ansprüche Elektrische Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte, die durch ein isolierendes Substrat und durch mindestens eine Leiterbahn gebildet wird, die auf das Substrat aufgebracht ist und vorzugsweise aus Kupfer besteht, und mit mindestens einem diskreten elektrischen Bauelement mit mindestens einem vorzugsweise aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehenden metallischen Anschlußleiter« der mit der Leiterbahn mittels eines Weichlots verlötet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (mob) und/oder der metallische Anschlußleiter (16) mindestens im Bereich der Lötstelle (17) mit einer zweischichtigen Metallisierung (18, 19) belegt ist, die aus einer auf die Leiterbahn (mob) bzw. auf den Anschlußleiter (16) aufgebrachten Nickelschicht (18) und aus einer auf die Nickelschicht (18) aufgebrachten Goldschicht (19) besteht, wobei die Nickelschicht (18) im Vergleich zur Leiterbahn (mob) bzw. im Vergleich zum Anschlußleiter (16) dünn ist und die Goldschicht (19) im Vergleich zur Nickelschicht (18) ebenfalls dünn ist. Claims Electrical circuit arrangement with a printed circuit board, formed by an insulating substrate and by at least one conductor track which is applied to the substrate and preferably consists of copper, and with at least one discrete electrical component with at least one preferably made of a nickel-iron alloy metallic connection conductor « which is soldered to the conductor track by means of a soft solder, characterized in that that the conductor track (mob) and / or the metallic connecting conductor (16) at least in the area of the soldering point (17) with a two-layer metallization (18, 19) is occupied, which consists of a on the conductor track (mob) or on the connecting conductor (16) applied nickel layer (18) and from one applied to the nickel layer (18) Gold layer (19), the nickel layer (18) compared to the conductor track (mob) or is thin compared to the connecting conductor (16) and the gold layer (19) is also thin compared to the nickel layer (18). 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Goldschicht (19) zwischen 0,05 ~um und 0,2 #um liegt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the thickness of the gold layer (19) is between 0.05 µm and 0.2 µm. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Goldschicht (19) 0,1 #um beträgt.3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the thickness of the gold layer (19) is 0.1 μm. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Nickelschicht (18) etwa 1 #um beträgt.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the thickness of the nickel layer (18) is about 1 µm. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (10) im Bereich der Lötstelle (17) mit einer Bohrung (11) versehen ist, die auch die Leiterbahn (lOb) durchdringt, und daß der mit der Leiterbahn (10b) verlötete metallische Anschlußleiter (16) durch die Bohrung (11) hindurchgeführt ist (Figur 1).5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the circuit board (10) is provided with a bore (11) in the area of the soldering point (17) which also penetrates the conductor track (10b), and that the one with the conductor track (10b) soldered metallic connecting conductor (16) passed through the bore (11) is (Figure 1). 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10b) durch die Bohrung (11) hindurchkontaktiert ist (Figur 3).6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the conductor track (10b) is contacted through the bore (11) (Figure 3). 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht (18) auf die Leiterbahn (10b) und/oder auf den metallischen Anschlußleiter (16) stromlos aufgebracht ist.7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the nickel layer (18) on the conductor track (10b) and / or on the metallic Connection conductor (16) is applied without current. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht (19) auf die Nickelschicht (18) stromlos aufgebracht ist.8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the gold layer (19) is applied electrolessly to the nickel layer (18). 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichlot aus Zinn oder Blei besteht.9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the soft solder is made of tin or lead. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichlot aus einer Blei-Zinn-Legierung besteht.10. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the soft solder consists of a lead-tin alloy. 11.Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichlot aus einer Blei-Zinn-Legierung mit eutektischer Zusammensetzung besteht. 11. Circuit arrangement according to claim 10, characterized in that that the soft solder is made of a lead-tin alloy with a eutectic composition consists. 12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichlot außer Zinn und/oder Blei mindestens ein weiteres Element als Legierungsbestandteil enthält.12. Circuit arrangement according to one of claims 9 to 11, characterized characterized in that the soft solder in addition to tin and / or lead at least one more Contains element as an alloy component.
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