DE3445213A1 - Method and device for checking the quality of bonding of contact members - Google Patents

Method and device for checking the quality of bonding of contact members

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DE3445213A1 DE19843445213 DE3445213A DE3445213A1 DE 3445213 A1 DE3445213 A1 DE 3445213A1 DE 19843445213 DE19843445213 DE 19843445213 DE 3445213 A DE3445213 A DE 3445213A DE 3445213 A1 DE3445213 A1 DE 3445213A1
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    • G01R31/71—Testing of solder joints

Abstract

To check the qualities of bonding of electrical contact members produced by soldering or welding, the electrical resistance between the contact facing and contact carrier is measured. For this purpose, the measurement current is transferred to the contact facing via two or more current contacting points which are located on a circle or a polygon, and the voltage is picked up by means of a voltage contacting point which is located in the centre between the current contacting points.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Bindungs-Method and device for checking the binding

qualität von Kontaktstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Bindungsqualität von durch Löten oder Schweißen hergestellten, jeweils aus Sontaktauflage und Kontaktträger bestehenden elektrischen Kontaktstücken durch Bestimmung des elektrischen Widerstands zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger, indem ein Meßstrom über die Verbindungsfläche zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger geschickt und der Spannungsabfall zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger gemessen wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Kontrolle der Bindungsqualität von Kontaktstücken.quality of contact pieces The invention relates to a method for Control of the quality of the bond of manufactured by soldering or welding, respectively electrical contact pieces consisting of contact pad and contact carrier Determination of the electrical resistance between the contact pad and contact carrier, by applying a measuring current across the connecting surface between the contact pad and contact carrier cleverly and the voltage drop between contact pad and contact carrier is measured will. The invention also relates to a device for carrying out the method to control the bonding quality of contact pieces.

In Schaltgeräten der elektrischen Energietechnik finden normalerweise elektrische Kontaktstücke Verwendung, die aus jeweils einem Kontaktträger bestehen, auf den Sontaktauflagen aufgelötet oder aufgeschweißt sind. Dabei muß die Bindung zwischen den zumeist plättchenförmigen Kontaktauflagen und den Kontaktträgern möglichst vollständig sein.Normally found in switchgear of electrical power engineering electrical contact pieces, each consisting of a contact carrier, are soldered or welded onto the contact pads. There must be the bond between the mostly platelet-shaped contact pads and the contact carriers, if possible to be complete.

Wenn dies durch die Ausbildung von Lunkern, Einschlüssen oder anderen Bindungsfehlern verhindert wird, besteht infolge der dann vorliegenden ungünstigen elektrischen und thermischen Bedingungen im Kontaktstück die Gefahr eines erhöhten Verschleißes und frühzeitigen Ausfalls der Schalter bei wiederholten Lichtbogenbeanspruchungen durch Schaltvorgänge.If this is due to the formation of cavities, inclusions or others Binding errors is prevented, exists as a result of the unfavorable then present electrical and thermal conditions in the contact piece the risk of increased Wear and premature failure of the switches in the event of repeated arcing loads through switching operations.

Zu den ungünstigen Bedingungen gehören das Einschnüren der Stromfäden, die Schleifchenbildung der Stromfäden mit unerwünschter Kraftwirkung auf den Lichtbogen beim Schalten und die verschlechterte Wärmeableitung von der Kontaktauflage auf den Kontakt träger. Insbesondere bei der Herstellung re-2 lativ großflächiger Schaltstücke (Fläche>7 x 7 mm2) durch Löten hat sich deshalb eine Fertigungskontrolle der Bindungsqualität zwischen Kontaktauf lage und Kontaktträger entweder als Stück- oder als Stichprobenkontrolle als notwendig erwiesen.The unfavorable conditions include the constriction of the current threads, the formation of loops in the current filaments with undesirable forces acting on the arc when switching and the deteriorated heat dissipation from the contact surface the contact carrier. Especially when manufacturing relatively large-area contact pieces (Area> 7 x 7 mm2) by soldering, a production control of the Bond quality between contact surface and contact carrier either as piece or proved to be necessary as a random check.

Eine bekannte zerstörungsfreie Prüfmethode für Kontaktstücke besteht in der Ultraschallprüfung in integraler Form oder durch Abrastern mit einem fokussierten Ultraschallstrahl.There is a known non-destructive testing method for contact pieces in ultrasonic testing in integral form or by scanning with a focused Ultrasonic beam.

Nachteilig ist hierbei die erforderliche Schallankoppelung über ein besonderes Medium, wie beispielsweise Wasser. Außerdem ist eine aufwendige Apparatur notwendig. Die Ultraschallprüfung ist daher wegen des hohen Aufwands für Stückprüfungen mit hoher Geschwindigkeit wenig geeignet.The disadvantage here is the sound coupling required via a special medium, such as water. In addition, it is a complex apparatus necessary. The ultrasonic test is therefore because of the high expenditure for routine tests Not very suitable at high speed.

Als weitere zerstörungsfreie Prüfmethode für Kontaktstücke steht die Röntgendurchstrahlung zur Verfügung. Aber auch hier muß ein hoher apparativer und sicherheitstechnischer Aufwand betrieben werden.Another non-destructive test method for contact pieces is the Radiographic imaging available. But here, too, a high level of apparatus and safety-related effort.

Zur Messung von Übergangswiderständen zwischen zwei Kontaktstücken ist die sogenannte Vierdrahtmethode gebräuchlich, wobei mit zwei Drähten über die Kontaktstelle ein Meßstrom geschickt und mit zwei Drähten der Spannungsabfall dort gemessen wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht direkt anwendbar zur Messung eines tbergangswiderstandes in der Verbindungszone zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger, da das Anlegen eines Stromkontaktierungselementes auf die Kontaktauflage eine Einengung der Stromfäden an der Stromzuführungsstelle mit sich bringt, und an den Bindungsfehlstellen in der Verbindungszone zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger ebenfalls Einengungen der Stromfäden entstehen, wodurch die Messung der Größe des Spannungsabfalls stark von der zufälligen Nähe der Spannungsabgriffstellen zu den Engstellen der Stromfäden abhängig wird.For measuring contact resistance between two contact pieces the so-called four-wire method is common, with two wires over the Contact point sent a measuring current and with two wires the voltage drop there is measured. However, this method is not directly applicable to the measurement of a transition resistance in the connection zone between contact support and contact carrier, because the application of a current contacting element on the contact pad creates a constriction the current threads at the power supply point with it, and at the binding defects there are also constrictions in the connection zone between contact support and contact carrier the threads of electricity arise, thereby measuring the size of the voltage drop strongly on the coincidental proximity of the voltage tapping points to the bottlenecks of the Electricity threads become dependent.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das einfach und mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen ist und bei dem die Meßergebnisse weitgehend unabhängig von den jeweiligen Kontaktierungsstellen auf den Kontaktstücken sind.It was therefore an object of the present invention to provide a method of To develop the type mentioned at the beginning, that easily and at high speed is to be carried out and in which the measurement results are largely independent of the respective Contact points are on the contact pieces.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßstrom zumindest auf die Oberfläche der Kontaktauflage über zwei oder mehrere, auf einem Kreis oder einem Polygon angeordneten Stromkontaktierungsstellen übertragen wird, daß der eine Spannungsabgriff zur Messung des Spannungsabfalls auf der Oberfläche der Kontaktauflage über eine in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungsstellen angeordnete Spannungskontaktierungsstelle vorgenommen wird, und daß der gemessene elektrische Widerstand mit einem für ein bindungsfehlerfreies Kontaktstück bestimmten Sollwert verglichen wird, Vorzugsweise überträgt man den Meßstrom über drei bis sechs Stromkontaktierungsstellen auf die Oberfläche der Kontaktauflage, während die andere Anschlußstelle auf dem Kontaktträger liegt, im Abstand zu der Stelle, auf der die Kontaktauflage aufgebracht ist. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, wenn die Zu- und Abführung des Meßstroms in gleicher Weise über mehrere Stromkontaktierungsstellen auf der Oberfläche der Kontaktauflage und des Kontaktträgers erfolgt und auch der Spannungsabgriff auf die gleiche Weise vorgenommen wird.According to the invention, this object was achieved in that the measuring current at least on the surface of the contact pad over two or more, on one Current contact points arranged in a circle or a polygon are transmitted, that the one voltage tap for measuring the voltage drop on the surface the contact pad via one in the middle between the power contact points arranged voltage contact point is made, and that the measured electrical resistance with a contact piece intended for a bond fault-free contact Setpoint is compared, the measuring current is preferably transmitted over three to six power contact points on the surface of the contact pad while the other connection point is on the contact carrier, at a distance from the point on which the contact pad is applied. However, it is particularly advantageous if the supply and discharge of the measuring current in the same way via several current contacting points takes place on the surface of the contact pad and the contact carrier and also the Voltage tapping is done in the same way.

Zur Ausschaltung von die Meßwerte störenden Thermospannungen hat es sich als günstig erwiesen, für den Meßstrom einen Wechselstrom zu verwenden, d.h. einen Strom mit wechselnder Polarität.To eliminate the thermal voltages interfering with the measured values it has has proven to be advantageous to use an alternating current for the measuring current, i. a current with alternating polarity.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man vorteilhafterweise Vorrichtungen, die aus einer Halterung und Kontaktierungselementen für die Stromübertragung und den Spannungsabgriff bestehen, wobei in der Halterung zwei oder mehrere Stromkontaktierungselemente auf einem der Größe der Kontaktauflage entsprechenden Kreis oder Polygon angeordnet sind und in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungselement sich ein Spannungskontaktierungselement befindet. Vorzugsweise verwendet man zur Meßstromübertragung drei bis sechs Stromkontaktierungselemente.Advantageously, the process according to the invention is carried out Devices consisting of a holder and contacting elements for power transmission and the voltage tap exist, with two or more power contacting elements in the holder arranged on a circle or polygon corresponding to the size of the contact pad and in the middle between the current contacting element there is a voltage contacting element is located. Preferably, three to six current contacting elements are used for measuring current transmission.

Bewährt haben sich Kontaktierungselemente in Form von Stiften mit einem kegelförmigen Stiftkopf, wobei diese Elemente jeweils mit einer Druckfederung versehen sind, insbesondere in Form von Spiralfedern, nm die Kontaktgebung beim Anpressen der Vorrichtung auf das Kontaktstück zu verbessern.Contacting elements in the form of pins with have proven successful a conical pin head, these elements each with a compression spring are provided, in particular in the form of spiral springs, nm the contact at To improve pressing the device on the contact piece.

Zur Erziehung einer gleichmäßigen Stromaufteilung über die einzelnen Stromkontaktierungselemente werden diese vorteilhafterweise nicht direkt, sondern über untereinander gleichgroße Widerstände mit der Stromquelle verbunden. Die Widerstandswerte müssen dabei so hoch. gewählt werden, daß sie größer sind als die Übergangswiderstände zwischen der Kontaktauflage und den einzelnen Stromkontaktierungsstellen.To train an even current distribution over the individual Current contacting elements are these advantageously not directly, but connected to the power source via resistors of equal size. The resistance values have to be so high. be chosen so that they are greater than the contact resistances between the contact pad and the individual power contact points.

Gegebenenfalls können ausreichende Widerstandswerte auch durch die Länge der parallel geführten, voneinander isolierten Zuleitungsdrähte zu den Stromkontaktierungsstellen erreicht werden.If necessary, sufficient resistance values can also be achieved by the Length of the lead wires, which are run in parallel and insulated from one another, to the power contacting points can be achieved.

Die Figuren zeigen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Quer- und Längsschnitt, während Figur f das Schaltungsprinzip wiedergibt.The figures show schematically an exemplary embodiment of the device according to the invention in cross-section and longitudinal section, while FIG. f shows the circuit principle.

Das Kontaktstück besteht aus einer Kontaktauflage (i), beispielsweise aus einem Silberwerkstoff, und einem Kontaktträger (2), beispielsweise aus einer Kupferlegierung, die über eine Lotschicht (3) miteinander verbunden sind. - Der elektrische Widerstand zwischen Kontaktauflage (i) und Kontaktträger (2) wird dadurch bestimmt, daß man auf die Kontaktauflage (i) über die Stromkontaktierungselemente (4) einen Meßstrom aufgibt, ihn über die Kontaktierungsstelle (6) auf dem Kontaktträger (2).- ableitet und über die Spannungskontaktierungselemente ( 5, 7) den Spannungsabfall mißt, Dabei werden zwischen Stromquelle (9) und Stromkontaktierungselementen (4) vorteilhafterweise gleichgroße Widerstände (8) eingebaut.The contact piece consists of a contact pad (i), for example made of a silver material, and a contact carrier (2), for example from a Copper alloy, which are connected to one another via a solder layer (3). - Of the electrical resistance between contact pad (i) and contact carrier (2) is thereby determined that one on the contact pad (i) over the Stromkontaktierungselemente (4) gives up a measuring current, it via the contact point (6) on the contact carrier (2) .- derives and via the voltage contacting elements (5, 7) the voltage drop measures, between the power source (9) and power contacting elements (4) advantageously built-in resistors (8) of the same size.

Durch die Anordnung des Spannungskontaktierungselements (5) in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungselementen (4) befindet sich dieses außerhalb der stark inhomogenen Stromengestellen, die von den Stromkontaktierungselementen (4) erzeugt werden. Damit wird die Lageabhängigkeit der Spannungsmessung weitgehend ausgeschaltet. Das zweite Spannungskontaktierungselement (7) am Kontaktträger (2) kann in ausreichender Entfernung vom eigentlichen Kontaktbereich bzw.The arrangement of the voltage contacting element (5) in the This is located outside the middle between the power contacting elements (4) the highly inhomogeneous power racks that are generated by the power contacting elements (4) can be generated. Thus the position dependency of the voltage measurement becomes largely switched off. The second voltage contacting element (7) on the contact carrier (2) can be at a sufficient distance from the actual contact area or

von der Kontaktauflage (i) angeordnet werden, so daß sich die inhomogenen Stromfäden nicht mehr auf die Messung auswirken.of the contact pad (i) are arranged so that the inhomogeneous Stream filaments no longer affect the measurement.

Die Vorrichtung besteht aus einer Halterung (10), in die die Stromkontaktierungselemente (4) und das Spannungskontaktierelement (5), vorzugsweise in Form von Stiften, eingelassen sind. Die Stifte werden mittels Spiralfedern (ii) einzeln abgefedert und besitzen einen kegelförmigen Stiftkopf (12).The device consists of a holder (10) into which the power contacting elements (4) and the voltage contacting element (5), preferably in the form of pins, let in are. The pins are individually cushioned by means of spiral springs (ii) and have a conical pin head (12).

Die Stromzufuhr erfolgt über Leitungen (13), während von dem Spannungskontaktierungselement (5) eine Leitung (14) an das Meßinstrument geführt wird.The power is supplied via lines (13), while from the voltage contacting element (5) a line (14) is led to the measuring instrument.

Folgendes Beispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern: Mit einer Vorrichtung gemäß Fig. II und IIIwird die Bindungsqualität von Kontaktstücken u ntersucht, bei denen auf einen Kupferträger 10 x 10 x 1,6 mm3 große Silberplättchen aufgelötet waren.The following example is intended to explain the method according to the invention in more detail: With a device according to Figs. II and III, the bonding quality of contact pieces is determined examined, in which on a copper carrier 10 x 10 x 1.6 mm3 large silver plates were soldered.

Bei einem Meßstrom von 50 A (Gleichstrom) wurde bei einwandfreien Kontakten ohne Lötfehler im Mittel ein Spannungsabfall von 1 p V gemessen. Bei Kontaktstücken mit Lötfehlern erhält man Spannungsabfälle von beispielsweise 12,5; 9,5 und 7,5 µ V. Dabei erfolgte die Stromzuführung über 4 im Quadrat angeordnete Stifte, die jeweils einen Abstand von 7 mm voneinander aufweisen.With a measuring current of 50 A (direct current), it was flawless Contacts without soldering defects measured an average voltage drop of 1 pV. With contact pieces with soldering errors, voltage drops of, for example, 12.5 are obtained; 9.5 and 7.5 µ V. The power was supplied via 4 pins arranged in a square, the each have a distance of 7 mm from one another.

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Claims (8)

Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Bindungsqualität von Kontaktstücken Patentansprü che: 1. Verfahren zur Kontrolle der Bindungsqualität von durch Löten oder Schweißen hergestellten, jeweils aus Kontaktauflage und Kontaktträger bestehenden elektrischen Kontaktstücken durch Bestimmung des elektrischen Widerstands zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger, indem ein Meßstrom über die Verbindungsfläche zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger geschickt und der Spannungsabfall zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Neßstromzumindest auf die Oberfläche der Kontaktauflage über zwei oder mehrere, auf einem Kreis oder einem Polygon angeordneten Stromkontaktierungsstellen übertragen wird, daß der eine Spannungsabgriff zur Messung des Spannungsabfalls auf die Oberfläche der Kontaktauflage über eine in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungsstellen angeordnete Spannungskontaktierungsstelle vorgenommen wird, und daß der gemessene elektrische Widerstand mit einem für ein bindungsfehlerfreies Kontaktstück bestimmten Sollwert verglichen wird.Method and device for controlling the bonding quality of contact pieces Claims che: 1. Method for controlling the quality of the bond by soldering or welding, each consisting of a contact pad and contact carrier electrical contact pieces by determining the electrical resistance between Contact pad and contact carrier by applying a measuring current over the connection surface sent between contact pad and contact carrier and the voltage drop between Contact support and contact carrier is measured, characterized in that the Neßstrom at least on the surface of the contact pad over two or more, Transfer current contact points arranged on a circle or a polygon is that the one voltage tap to measure the voltage drop on the surface the contact pad via one in the middle between the power contact points arranged voltage contact point is made, and that the measured electrical resistance with a contact piece intended for a bond fault-free contact piece Setpoint is compared. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrom über drei bis sechs auf einem Kreis oder einem Polygon angeordnete Stromkontaktierungsstellen auf die Oberfläche der Kontaktauflage übertragen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the measuring current via three to six current contacting points arranged on a circle or a polygon is transferred to the surface of the contact pad. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung und die Abführung des Meßstroms in gleicher Weise auf der Oberfläche der Kontaktauflage und der Oberfläche des Kontaktträgers erfolgt.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Supply and discharge of the measuring current in the same way on the surface of the Contact pad and the surface of the contact carrier takes place. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Meßstrom ein Wechselstrom verwendet wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that for an alternating current is used for the measuring current. 5. Vorrichtung zur Kontrolle der Bindungsqualität von Kontaktstrücken nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einer Halterung und Kontaktierungselementen für die Stromübertragung und den Spannungsabgriff, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halterung (10) zwei oder mehrere Stromkontaktierungselemente (4) auf einem der Größe der Kontaktauflage (i) entsprechenden Kreis oder Polygon angeordnet sind und in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungs elementen (4) sich ein Spannungskontaktierelement (5) befindet.5. Device for controlling the binding quality of contact strips according to claim 1 to 4, consisting of a holder and contacting elements for power transmission and voltage tap, characterized in that in the holder (10) two or more power contacting elements (4) on one of the Size of the contact pad (i) corresponding circle or polygon are arranged and in the middle between the Stromkontaktierungs elements (4) is a voltage contact (5) is located. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stromkontaktierungselemente (4) und das Spannungskontaktierelement (5) jeweils mit einer Druckfederung (11) versehen sind.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the individual Current contacting elements (4) and the voltage contacting element (5) each with a compression spring (11) are provided. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungselemente (4, 5) aus Stiften mit einem kegelförmigen Stiftkopf (12) bestehen.7. Apparatus according to claim 5 and 6, characterized in that the contacting elements (4, 5) made of pins with a conical pin head (12) exist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (13) der Stromkontaktierungselemente (4) mit untereinander gleichgroßen, den Ubergangswiderstand zwischen den Stromkontaktierungselementen (4) und der Kontaktauflage (i) übertreffenden Widerständen (8) versehen sind.8. Apparatus according to claim 5 to 7, characterized in that the supply lines (13) of the current contacting elements (4) with mutually equal, the transition resistance between the current contacting elements (4) and the contact pad (i) superior resistors (8) are provided.
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