DE3438948C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Bauelement.

Kontaktiervorrichtungen dieser Art sind bekannt (z. B. KRÜGER "Prüfmittel zur elektrischen Prüfung von Leiter­ platten für Uhren", Jahrbuch der Deutsche Gesellschaft für Chronometrie, Band 30, 1979, S. 269-276). Solche Kontak­ tiervorrichtungen 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. durch­ messen zu können, indem der Prüfling an mehreren oder im allgemeinen meist sehr vielen Stellen gleichzeitig durch Kontaktglieder der Kontaktiervorrichtung elek­ trisch 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 Kontak­ tiervorrichtungen überwiegend dazu, die Leiterbahnen noch unbestückter Leiterplatten auf Kurzschluß zwischen benachbarten Leiterbahnen oder andere Fehler der Lei­ terbahnen, bspw. Unterbrechungen oder dergl., zu prü­ fen, bevor sie mit weiteren elektronischen Komponenten bestückt werden. Man kann in vielen Fällen auch solche Kontaktiervorrichtungen nicht nur für die vorbeschrie­ benen Prüfzwecke einsetzen, sondern auch für Meßzwecke, ggfs. für Meßzwecke bereits bestückter Leiterplatten oder sonstiger elektronischer Bauteile, bspw. für Wi­ derstandsmessungen und dergl.

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 be­ kannt, diese Kontaktbolzen zweiteilig auszubilden. Das eine Teil ist ein Kolben mit Kolbenstange, wel­ cher Kolben in einem Mantelrohr des Federkontaktstif­ tes, belastet durch die Feder, axial gleitbar angeordnet ist. Das andere Teil ist ein Kontaktkopf, der eine Sack­ bohrung zum Einstecken der Kolbenstange aufweist. Die­ ser Kontaktkopf weist die Kontaktspitze des Federkon­ taktstiftes 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 Über­ lapp-Schweißpunkte verbunden, die mittels Laserstrahl­ schweißungen hergestellt wurden und ungefähr bis zur Längsmittelachse der Kolbenstange reichen.

Bei dem bekannten Kontaktbolzen bestehen der Kontakt­ kopf 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. Die gehärtete Schweiße ist jedoch spröde. Der elektri­ sche 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 Kontaktier­ vorrichtung ebenfalls in nicht vorhersehbarer Weise nachteilig beeinflußt werden kann, was auch zu nicht sofort erkennbaren Fehlprüfungen von Prüflingen mit allen nachteiligen Auswirkungen führen kann.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Ver­ fahren 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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Indem das Bauelement nach dem Schweißen, zweckmäßig schon kurze Zeit nach dem Schweißen, einer thermischen Nachbehandlung zur Verringerung der Härte und Sprödig­ keit 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 Bau­ elementes 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. Wesentlich ist jedoch, daß sich der elektrische Wider­ stand der geschweißten Bauelemente der betreffenden Kontaktglieder im Betrieb auch unter erheblichen mechanischen Belastungen nicht mehr oder allenfalls nur erheblich weniger als bisher ändern kann.

Bei einem solchen Bauelement kann es sich vorzugs­ weise 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 han­ deln, der bspw. aus einer gebogenen Biegefeder und einem an diese angeschweißten Kontaktkopf besteht, welcher Kontaktkopf die Kontaktspitze aufweist, die beim Prü­ fen elektronischer Prüflinge in Kontakt mit einer je­ weils zu prüfenden Stelle des Prüflinges kommt. Ein Kontaktglied kann also ein geschweißtes Bauelement auf­ weisen oder auch aus einem Bauelement selbst bestehen. Man bezeichnet ein Teil einer Kontaktiervorrichtung, welcher die Kontaktglieder aufweist, auch als Adapter. Der Adapter enthält also die erwähnten Federkontakt­ stifte oder andere zum Inkontaktkommen mit den zu prü­ fenden Prüflingen bestimmte elektrisch leitende Kon­ taktglieder.

Das Schweißen kann mittels irgendeines geeigneten Schweiß­ verfahrens vorgenommen werden. In Anbetracht der ge­ ringen 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 ein­ zuhalten. Und zwar haben die miteinander zu verbindenden Teile eines solchen Bauelementes im Bereich des Schweiß­ punktes 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 je­ weiligen Prüflinges dienende Kontaktglieder angeordnet sein.

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.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß das Anlassen der Schweiße des Bauelementes die Härte dieser Schweiße auf maximal 700 HV verringert, vorzugsweise auf ca. 550-650 HV.

Falls die Gefahr besteht, daß es beim Anlassen zu stören­ den Oberflächenveränderungen des Bauelementes kommt, kann dieser dadurch begegnet werden, indem das Anlassen im Vakuum oder unter Schutzgas erfolgt.

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.

Die Werkstoffe, aus denen die beiden miteinander zu verschweißenden 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.

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.

Die Anlaßtemperatur kann mehrere 100°C, vorzugsweise 250 bis 650°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 lang­ sam abgekühlt.

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.

In der Zeichnung ist ein Federkontaktstift dargestellt, der zwei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellte Bauelemente aufweist.

Die einzige Figur zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Feder­ kontaktstiftes einer nicht näher dargestellten Kontaktier­ vorrichtung.

Der in Fig. 1 dargestellte, ein Kontaktglied bildende Federkontaktstift 70 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 rückwärtigen Ende im Durchmesser vergrößert ist und hier einen im Mantel­ rohr 12 geradegeführten Kolben 31 bildet, an den ein­ stückig die zylindrische Kolbenstange 33 anschließt, deren Durchmesser im allgemeinen höchstens 3 mm, vorzugs­ weise 0,4 bis 2,0 mm betragen kann. Der zweite Teil ist der Kontaktkopf 32, der eine Sackbohrung 34 aufweist, in die die Kolbenstange 33 mit ihrem vorderen Ende einge­ steckt ist. Dieser Kontaktkopf 32 weist die Kontakt­ spitze 36 auf. Ferner ist strichpunktiert ein Prüfling 37 angedeutet, bei dem es sich bspw. um eine Leiterplatte od. dergl. handelt, an den die Kontaktspitze 36 zum elektrischen Prüfen einer Stelle von ihm angedrückt wird. Eine meist eine Vielzahl solcher Federkontaktstifte auf­ weisende Kontaktiervorrichtung kann Prüflinge in rascher Aufeinanderfolge auf elektrische Fehlerfreiheit prüfen. Und zwar ist dieser Federkontaktstift 10 dazu bestimmt, in einen sogenannten Adapter einer auch einen Auswerter od. dergl. aufweisenden Kontaktiervorrichtung eingesetzt zu werden, welcher Adapter eine Mehrzahl oder im allgemeinen große Vielzahl solcher Federkontaktstifte aufweist, die in geringen Mittenabständen voneinander nebeneinander angeordnet sind. Das zylindri­ sche Mantelrohr 12 kann bspw. einen Außendurchmesser von 0,5-5 mm haben oder auch etwas größer oder kleiner sein. Das Anschlußende 13 weist im allgemeinen einen Durch­ messer von maximal 3 mm, vorzugsweise von etwa 0,6 bis 1,6 mm, auf, kann jedoch auch etwas größer oder kleiner sein. 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.

Dieser Kontaktkopf 32 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit der in ihn eingesteckten Kolbenstange 33 mittels eines Überlapp-Schweißpunktes 14 und eines Eck-Schweiß­ punktes 14′ verbunden.

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 "Kehle" ableitet.

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.

Jede Schweiße enthält in solchem Umfang härtbaren Stahl oder besteht aus härtbarem Stahl, daß es beim Ver­ schweißen 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.

Diese spröden Schweißen rufen die Gefahr hervor, daß es im Betrieb dieses Federkontaktstiftes 10, wenn er also eingebaut in den Adapter der Kontaktiervorrichtung mit seiner Kontaktspitze Prüflinge unter axialem Gleiten im Mantelrohr 12 kontaktiert, zu erheblichen Erhöhungen der elektrischen Übergangswiderstände zwischen den durch sie jeweils verbundenen Teilen 30, 32 beziehungsweise 12, 13 kommen kann, wodurch sich die elektrischen Wider­ stände der Bauelemente 11, 17 störend erhöhen können, da diese Übergangswiderstände die elektrischen Wider­ stände 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 län­ gere Zeit angelassen und danach langsam auf Raumtempe­ ratur abgekühlt.

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 (Kohlenstoffstahl) besteht. 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 ver­ schweißenden Teile vorgesehen, welche beim Schweißen zu spröden Schweißpunkten führen, die im Betrieb des Bauelementes die Gefahr der den elektrischen Übergangs­ widerstand zwischen den miteinander verschweißten Teilen erheblich erhöhenden Rißbildung in sich bergen. Indem in diesen Fällen die Schweiße angelassen wird, verliert sie ganz oder weitgehend ihre Sprödigkeit unter gleich­ zeitiger Verringerung ihrer Härte. Hierdurch wird die Gefahr der Rißbildung der Schweiße im Betrieb des be­ treffenden Bauelementes stark verringert oder ganz behoben.

Bevorzugt kann der Werkstoff der miteinander zu ver­ schweißenden Teile 30, 32 bzw. 12, 13 ganz oder im wesentlichen C-Stahl (Kohlenstoffstahl) sein, da C-Stahl niedrigen elektrischen Widerstand und gute Elastizität hat. Auch läßt sich C-Stahl löten, was sowohl für das Anschluß­ ende 13 als auch für den Kontaktbolzen 11 von Bedeutung sein kann.

Das stabartige Anschlußende 13 des Federkontaktstiftes dient dem elektrischen Anschluß eines elektrischen Leiters. Beispielsweise kann auf dieses stabförmige Anschluß­ ende 13 eine elektrische Steckerbuchse aufgesteckt werden oder ein Draht angeklemmt oder angelötet werden usw.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen, mehr­ teiligen Bauelementes eines Kontaktgliedes, z. B. eines Federkontaktstiftes, einer dem elek­ trischen Prüfen oder Messen von Leiterplatten oder dergleichen dienenden Kontaktiervorrichtung, welches Bauelement am Leiten von Strom teilnimmt, der dem Prüfen oder Messen einer Stelle des jeweiligen Prüflinges dient, wenn diese Stelle durch eine Kontaktspitze des betreffenden Kontaktgliedes der Kontaktiervorrichtung kontaktiert wird, wobei das Bauelement zwei durch mindestens einen Schweiß­ punkt miteinander verbundene metallische Teile aufweist und die Schweiße des Schweißpunktes aus der beim Schweißen entstandenen Schmelze der Werkstoffe dieser Teile gebildet ist und die Schweiße hierdurch in solchem Umfang härtbaren Stahl enthält, daß sie beim Abkühlen härtet und spröde wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement nach dem Schweißen einer Anlassen der Schweiße des oder jedes Schweißpunktes be­ wirkenden thermischen Nachbehandlung zur Ver­ ringerung der Härte und Sprödigkeit der Schweiße unterzogen wird.

2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlassen im Vakuum oder unter Schutzgas erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stahl mindestens eines der bei­ den Bauteile des Bauelementes ein C-Stahl ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlassen bei Tempe­ raturen von 250-650°C erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlassen über eine Zeitdauer von mindestens 30 Minuten durchgeführt wird.

6. Elektrisches, mehrteiliges Bauelement für eine Kon­ taktiervorrichtung, hergestellt gemäß dem Verfah­ ren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schweiße ihres minde­ stens einen Schweißpunktes (14) angelassen und ihre Härte maximal 700 HV ist.