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Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes
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einer Kontaktiervorrichtung und Bauelement Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1 und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Bauelement.
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Kontaktiervorrichtungen dieser Art sind bekannt (z. B.
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KRÜGER "Prüfmittel zur elektrischen Prüfung von Leiterplatten für
Uhren", Jahrbuch der Deutsche Gesellschaft für Chronometrie, Band 30, 1979, S. 269-276).
Solche Kontaktiervorrichtungen dienen der elektrischen Prüfung von Leiter* platten
oder sonstigen elektronischen Bauteilen der Elektronikindustrie, um neu hergestellte
Leiterplatten oder dergl. vor oder nach ihrer Bestückung auf ihre Fehlerfreiheit
rasch und einfach überprüfen bzw. durchmessen zu können, indem der Prüfling an mehreren
oder im allgemeinen meist sehr vielen Stellen gleichzeitig durch Kontaktglieder
der Kontaktiervorrichtung elektrisch abgetastet wird. Die Prüfstellen sind dabei
oft sehr nahe beieinander, und zwar um so näher, je schmaler die Leiter und je kleiner
die Leiterabstände des Prüflings sind. Und zwar dienen derartige Kontaktiervorrichtungen
überwiegend dazu, die Leiterbahnen
noch unbestückter Leiterplatten
auf Kurzschluß zwischen benachbarten Leiterbahnen oder andere Fehler der Leiterbahnen,
bspw. Unterbrechungen oder dergl., zu prüfen, bevor sie mit weiteren elektronischen
Komponenten bestückt werden. Man kann in vielen Fällen auch solche Kontaktiervorrichtungen
nicht nur für die vorbeschriebenen Prüfzwecke einsetzen, sondern auch für Meßzwecke,
ggfs. für Meßzwecke bereits bestückter Leiterplatten oder sonstiger elektronischer
Bauteile, bspw. für Widerstandsmessungen und dergl.
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Bekannte Kontaktiervorrichtungen dieser Art weisen als Kontaktglieder
meist federbelastete Kontaktbolzen auf, deren freien Kontaktspitzen an die zu prüfenden
Stellen des jeweiligen Prüflinges in elektrischem Kontakt mit ihm angedrückt werden.
Es ist dabei bekannt, diese Kontaktbolzen zweiteilig auszubilden.
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Das eine Teil ist ein Kolben mit Kolbenstange, welcher Kolben in einem
Mantelrohr des Federkontaktstiftes, belastet durch die Feder, axial gleitbar angeordnet
ist. Das andere Teil ist ein Kontaktkopf, der eine Sackbohrung zum Einstecken der
Kolbenstange aufweist. Dieser Kontaktkopf weist die Kontaktspitze des Federkontaktstiftes
auf, die beim Prüfen von Prüflingen den jeweiligen Prüfling kontaktiert. Bei einem
bekannten Kontaktbolzen dieser Art ist der Kontaktkopf auf der Kolbenstange durch
zwei zueinander diametrale Überlapp-Schweißpunkte verbunden, die mittels Laserstrahl-
schweißungen
hergestellt wurden und ungefähr bis zur Längsmittelachse der Kolbenstange reichen.
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Bei dem bekannten Kontaktbolzen bestehen der Kontaktkopf und der Kolben
mit Kolbenstange jeweils aus härtbarem C-Stahl, was zur Folge hat, daß es beim Schweißen
zum Härten der durch Werkstoffaufschmelzung des Kolbens und der Kolbenstange gebildeten
Schweiße kommt, weil diese infolge der kühlen Nachbarbereiche des Kontaktkopfes
und der Kolbenstange rasch abkühlt.
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Die gehärtete Schweiße ist jedoch spröde. Der elektrische Widerstand
dieses Kontaktbolzens wird wesentlich mit bestimmt von dem elektrischen Übergangswiderstand
zwischen Kontaktkopf und Kolbenstange im Bereich der Schweiße. Dieser elektrische
Widerstand erhöht sich im Betrieb der Kontaktiervorrichtung häufig in nicht vorhersehbarer
Weise erheblich, was unerwünscht ist, da hierdurch die elektrische Funktion der
Kontaktiervorrichtung ebenfalls in nicht vorhersehbarer Weise nachteilig beeinflußt
werden kann, was auch zu nicht sofort erkennbaren Fehlprüfungen von Prüflingen mit
allen nachteiligen Auswirkungen führen kann.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, welches ein elektrisches, mehrteiliges, geschweißtes
Bauelement eines Kontaktgliedes einer dem elektrischen Prüfen oder Messen von Prüflingen,
wie Leiterplatten oder dergleichen, dienenden
Kontaktiervorrichtung
ergibt, dessen elektrischer Widerstand im Betrieb nicht mehr zu erheblichen Veränderungen
neigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch g angegebene
Verfahren gelöst.
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Indem das Bauelement nach dem Schweißen, zweckmäßig schon kurze Zeit
nach dem Schweißen, einer thermischen Nachbehandlung zur Verringerung der Härte
und Sprödigkeit der durch Schmelzen von Bereichen der miteinander verschweißten
Teile gebildeten Schweiße durch Anlassen unterzogen wird, ergibt sich in überraschender
Weise, daß der elektrische Widerstand eines solchen Bauelementes sich im Betrieb
der Kontaktiervorrichtung selbst bei erheblichen mechanischen Belastungen nicht
mehr oder allenfalls nur erheblich weniger als bisher verändert. Hierdurch kann
die elektrische Funktion der Kontaktiervorrichtung durch die geschweißten Bauelemente
der betreffenden Kontaktglieder nicht mehr wie im bisherigen Ausmaß beeinträchtigt
oder gestört werden.
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Wesentlich ist jedoch, daß sich der elektrische Widerstand der geschweißten
Bauelemente der betreffenden KontaKtglieder im.Betrieb auch unter erheblichen mechanischen
Belastungen nicht mehr oder allenfalls nur erheblich weniger als bisher ändern kann.
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Bei einem solchen Bauelement kann es sich vorzugsweise um einen Kontaktbolzen
eines'Federkontaktstiftes oder um das Mantelrohr mit Anschlußende eines solchen
Federkontaktstiftes handeln oder auch um ein Bauelement eines anders ausgebildeten
Kontaktgliedes, u. a. um einen Kontaktbolzen, der in einer Bohrung einer Platte
des Trägers geradegeführt und durch eine Feder oder durch sein Eigengewicht, sich
auf einer Feder abstützend, axial belastet ist oder es kann sich bei dem Bauelement
auch um einen Kontaktstift handeln, der bspw. aus einer gebogenen Biegefeder und
einem an diese angeschweißten Kontaktkopf besteht, welcher Kontaktkopf die Kontaktspitze
aufweist, die beim Prdfen elektronischer Prüflinge in Kontakt mit einer jeweils
zu prüfenden Stelle des Prüflinge kommt. Ein Kontaktglied kann also ein geschweißtes
Bauelement aufweisen oder auch aus einem Bauelement selbst bestehen.
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Man bezeichnet den Teil einer Kontaktiervorrichtung, welcher die Kontaktglieder
aufweist, auch als Adapter.
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Der Adapter enthält also die erwähnten Federkontaktstifte oder andere
zum Inkontaktkommen mit den zu prdfenden Prüflingen bestimmte elektrisch leitende
Kontakt glieder.
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Das Schweißen kann mittels irgendeines geeigneten Schweißverfahrene
vorgenommen werden. In Anbetracht der geringen Durchmesser der miteinander zu verbindenden
Teile kommt vorzugsweise Laserstrahlschweißen und
Elektronenstrahlschweißen
in Frage. -In manchen Fällen kann auch Mikroplasmaschweißen vorgesehen sein. Doch
ist dieses schwieriger durchzuführen, wenn es darum geht, enge Toleranzen der Größe
des Schweißpunktes einzuhalten. Und zwar haben die miteinander zu verbindenden Teile
eines solchen Bauelementes im Bereich des Schweißpunktes nur geringe Durchmesser
von höchstens einigen Millimetern, oft auch von weniger als 1 mm. Und zwar müssen
in der Kontaktiervorrichtung normalerweise eine große Anzahl von dem Prüfen einzelner
Stellen des jeweiligen Prüflinges dienende Kontaktglieder angeordnet sein.
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Indem die Schweiße jedes Schweißpunktes des betreffenden Bauelementes,
also bspw. des Kontaktbolzens und/oder des Mantelrohres mit Anschlußende eines Federkontaktstiftes
oder dergl., durch das Anlassen vergütet wird und ihre Sprödigkeit reduziert wird,
bleibt der elektrische Widerstand des geschweißten Bauelementes im Betrieb selbst
bei starken mechanischen Beanspruchungen im wesentlichen unverändert.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß das Anlassen der Schweiße des
Bauelementes die Härte dieser Schweiße auf maximal 700 HV verringert, vorzugsweise
auf ca.
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550 - 650 HV.
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Falls die Gefahr besteht, daß es beim Anlassen zu störenden Oberflächenveränderungen
des Bauelementes kommt, kann dieser dadurch begegnet werden, indem das Anlassen
im Vakuum oder unter Schutzgas erfolgt.
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Die miteinander verschweißten Teile des Bauelementes können durch
einen oder mehrere Schweißpunkte verbunden sein. Die Schweißpunkte können als Überlapp-Schweißpunkte
oder als Kehl- oder Eck-Schweißpunkte ausgebildet sein.
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Die Werkstoffe, aus denen die beiden miteinander zu verscheißenden
Teile des Bauelementes bestehen, können gleich oder ungleich sein. Wesentlich ist,
daß die beim Schweißen aus diesen Werkstoffen entstehende Schmelze so viel härtbaren
Stahl enthält oder vollständig aus härtbarem Stahl besteht, daß es bei dem dem Schweißen
unmittelbar nachfolgenden raschen Abkühlen der Schweiße zu ihrem Härten kommt. Vorzugsweise
können beide Teile aus Stahl bestehen, besonders zweckmäßig aus C-Stahl (Kohlenstoffstahl).
Auch andere Stahlsorten u. a. auch höherlegierte Stähle kommen in Frage. In vielen
Fällen ist es auch ausreichend, wenn nur eines der beiden Teile aus Stahl besteht
und das andere Teil bspw. aus Kupfer-Beryllium oder einem sonstigen metallischen
Material.
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Die Anlaßtemperaturen und die Zeitdauer des Anlassens haben sich nach
der Schweiße und der gewünschten Abnahme ihrer Härte und Sprödigkeit zu richten
und können von Fall zu Fall leicht ermittelt werden. Durch das Anlassen wird das
Gefüge der Schweiße verändert und die Schweiße vergütet.
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Die Anlaßtemperatur kann mehrere 1000 C, vorzugsweise 250 bis 6500
C betragen, jedoch auch je nach Fall höher oder niedriger liegen. Die Anlaßtemperatur
kann vorzugsweise 30 Minuten bis zwei Stunden auf das Bauelement einwirken und es
wird nach dem Anlassen langsam abgekühlt.
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Das Anlassen kann vorzugsweise dazu dienen, die Härte der Schweiße,
die bspw. vor dem Anlassen bis 950 HV beträgt, auf maximal 700 HV zu reduzieren,
vorzugsweise auf etwa 550 bis 650 HV.
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In der Zeichnung ist ein Federkontaktstift dargestellt, der zwei nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauelemente aufweist. Die einzige Figur
zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Federkontaktstiftes einer
nicht näher dargestellten Kontaktiervorrichtung.
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Der in Fig. 1 dargestellte, ein Kontaktglied bildende Federkontaktstift
10 besteht aus einem geraden metallischen Kontaktbolzen 11, einem geraden metallischen
Mantelrohr 12, einem geraden metallischen Anschlußende 13 und einer metallischen
Druckfeder 15. Der Kontaktbolzen 11 bildet ein geschweißtes Bauelement. Auch die
Teile 12, 13 sind zu einem Bauelement 17 miteinander verschweißt. Der Kontaktbolzen
11 besteht aus zwei je einstückigen Teilen 30, 32. Der eine Teil ist ein rotationssymmetrischer,
gerader, dünner Stab 30, der an seinem rQckwärtigen Ende im Durchmesser vergrößert
ist und hier einen im Mantelrohr 12 geradegeführten Kolben 31 bildet, an den einstückig
die zylindrische Kolbenstange 33 anschließt, deren Durchmesser im allgemeinen höchstens
3 mm, vorzugsweise 0,4 bis 2,0 mm betragen kann. Der zweite Teil ist der Kontaktkopf
32, der eine Sackbohrung 34 aufweist, in die die Kolben stange 33 mit ihrem vorderen
Ende eingesteckt ist. Dieser Kontaktkopf 32 weist die Kontaktspitze 36 auf. Ferner
ist strichpunktiert ein Prüfling 37
angedeutet, bei dem es sich
bspw. um eine Leitexplatte od. dergl. handelt, an den die Kontaktspitze 36 zum elektrischen
Prüfen einer Stelle von ihm angedrückt wird.
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Eine meist eine Vielzahl solcher Federkontaktstifte aufweisende Kontaktiervorrichtung
kann Prüflinge in rascher Aufeinanderfolge auf elektrische Fehlerfreiheit prüfen.
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Und zwar ist dieser Federkontaktstift 10 dazu bestimmt,in einen sogenannten-Adapter
einer auch einen Auswerter od.dergl.
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aufweisenden Kontaktiervörrichtung eingesetzt zu werden, welcher Adapter
eine Mehrzahl oder ima1lgemeinen große Vielzahl solcher Federkontaktstifte aufweist,
die in geringen Mittenabständen voneinander nebeneinander angeordnet sind. Das zylindrische
Mantelrohr 12 kann bspw. einen Außendurchmesser von 0,5 - 5 mm haben oder auch etwas
größer oder kleiner sein.
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Das Anschlußende 13 weist im allgemeinen einen Durchmesser von maximal
3 mm, vorzugsweisevon etwaO,6bis 1,6 mm, auf, kann jedoch auch etwas größer oder
kleiner sein.
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Die Dicke der Umfangswandung 38 des Sackloches des Kontaktkopfes 32
kann vorzugsweise 0,1 - 0,4 mm betragen, in manchen Fällen jedoch auch größer oder
kleiner sein.
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Dieser Kontaktkopf 32 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit der in
ihn eingesteckten Kolbenstange 33 mittels eines Oberlapp-Schweißpunktes 14 und eines
Eck-Schweißpunktes 14' verbunden.
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Das zylindrische, stabförmige, metallische Anschlußende 13 ist ein
Stück in das Mantelrohr 12 eingesetzt und mit diesem durch einen Kehl-Schweißpunkt
14" verbunden. Und zwar ist das rückwärtige Ende des Mantelrohrs 12 zu diesem Zweck
kegelstumpfförmig ausgedreht, so daß nach Einstecken
des Anschlußendes
13 eine Hohlkehle 29 entsteht, in der der Kehl-Schweißpunkt 14" angesetzt ist, der
seinen Namen also von dem Wort "KehleH ableitet.
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Alle Schweißpunkte 14 14', 14" bestehen aus je einer Schweiße, die
aus den beim Schweißen entstandenen Schmelzen aus den Werkstoffen der jeweils miteinander
verschweißten Teile 30, 32 bzw. 12, 13. entstanden sind.
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Jede Schweiße enthält in solchem Umfang härtbaren Stahl oder besteht
aus härtbarem Stahl, daß es beim Verschweißen durch die an die jeweilige Schweißstelle
angrenzenden kalten Bereiche der betreffenden Teile 30, 32 bzw. 12, 13 zum sehr
raschen Abkühlen der Schmelzen und der aus ihnen entstandenen Schweißen kommt, so
daß diese Schweißen aushärten und hierdurch spröde werden und auch hohe Härten von
bspw. 950 HV (Vickershärte> haben.
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Diese spröden Schweißen rufen die Gefahr hervor, daß es im Betrieb
dieses Federkontakt8tiftes 10, wenn er also eingebaut in den Adapter der Kontaktiervorrichtung
mit seiner Kontaktspitze Prüflinge unter axialem Gleiten im Mantelrohr 12 kontaktiert
, zu erheDlichen Erhöhungen der elektrischen Übergangswiderstände zwischen den durch
sie jeweils verbundenen Teilen 30, 32 beziehungsweise 12, 13 kommen kann, wodurch
sich die elektrischen WiderstAnde der Bauelemente 11, 17 störend erhöhen können,
da diese Übergangswiderstände die elektrischen Widerstände dieser beiden Bauelemente
11, 17 wesentlich bestimmen können. Um diese Gefahr zu beheben oder stark
zu
reduzieren, wird jedes dieser beiden Bauelemente 11 bzw. 17 bei Temperaturen von
vorzugsweise 250-650° C längere Zeit angelassen und danach langsam auf Raumtemperatur
abgekühlt.
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Die Sprödigkeit der Schweiße nach dem Härten vor dem Anlassen ist
besonders hoch, wenn mindestens eines der jeweils miteinander zu verschweißenden
Teile 12, 13 bzw. 30,32 aus C-Stahl (Kohlenstoffstahll besteht.
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Die Erfindung ist also besonders vorteilhaft anwendbar, wenn dies
der Fall ist, jedoch ist sie hierauf nicht beschränkt, da es beim Einsatz anderer
Stahlsorten ebenfalls zu spröden, die Gefahr von Rißbildung im Betrieb in sich bergenden
Schweißen kommen kann. Die Erfindung ist also für solche Werkstoffpaarungen der
jeweils miteinander zu einem Bauelement zu verschweißenden Teile vorgesehen, welche
beim Schweißen zu spröden Schweißpunkten führen, die im Betrieb des Bauelementes
die Gefahr der den elektrischen Obergangswiderstand zwischen den miteinander verschweißten
Teilen erheblich erhöhenden Rißbildung in sich bergen. Indem in diesen Fällen die
Schweiße angelassen wird, verliert sie ganz oder weitgehend ihr Sprödigkeit unter
gleichzeitiger Verringerung ihrer Härte. Hierdurch wird die Gefahr der Rißbildung
der Schweiße im Betrieb des betreffenden Bauelementes stark verringert oder ganz
behoben.
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Bevorzugt kann der Werkstoff der miteinander zu verschweißenden Teile
30, 32.bzw, 12, 13 ganz oder im wesentlichen C-Stahl (Kohlenstoffstahli sein, da
C-Stahl niedrigen elektrischen Widerstand und gute Elastizität hat. Auch läßt sich
C-Stahl löten, was swxil für das AnschluB-ende 13.als auch für den Kcntaktbolzen
11 von Bedeutung sein kann.
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Das stabartige Anschlußende 13 des Fedeykontaktstiftes dient dem elektrischen
Anschluß eines elektrischen Leiters. Bspw. kann auf dieses stabförmige Anschlußende
13 eine elektrische Stekerbuchse aufgesteckt werden oder ein Draht angeklemmt oder
angelötet werden usw.