DE4135285A1

DE4135285A1 - Verfahren zum verbinden von kontaktstuecken mit einem kontakttraeger durch hartloeten

Info

Publication number: DE4135285A1
Application number: DE4135285A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Dr Hauner; Manfred Dipl Ing Dr Schneider; Alfred Dipl Ing Doetzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1993-04-29
Also published as: US5417363A; EP0609307B1; JPH07500451A; WO1993008583A1; DE59202370D1; ES2072771T3; PT100999A; EP0609307A1; BR9206667A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Kontaktstücken mit Kontaktträgern, insbesondere von Kontakt stücken aus einem Werkstoff auf Silber-Metalloxid(MeO)-Basis bei dem die Kontaktstücke an ihrer Rückseite mit Lot versehen sind.

In der Praxis werden Kontaktstücke auf die Kontaktträger der Schaltgeräte üblicherweise durch Hartlöten befestigt. Dazu wird auf die Rückseite der Kontaktstücke oder des als Band vorliegenden Materials eine Lotfolie aufgebracht, beispiels weise durch Walzplattieren oder Auflöten von einzelnen Lot plättchen . Lotfolien können auch durch Ultraschall angeheftet und anschließend eingepreßt werden, wie es insbesondere in der älteren deutschen Patentanmeldung P 40 24 941.7 beschrieben ist. Die vorbeloteten Kontaktstücke werden weitgehend automa tisiert weiterverarbeitet und im Rahmen eines integrierten Fertigungsvorganges, z. B. durch induktive Erwärmung, auf dem Kontaktträger befestigt.

Bei letzterem energieinduzierten Prozeß können Probleme da durch auftreten, daß von der Lotseite Lot herüber die Schmal seiten des Kontaktstückes hochsteigt und auf die Schaltfläche gelangt. Durch solche unerwünschten Vorgänge kann bei der be stimmungsgemäßen Verwendung des Schaltgerätes das Schaltver halten der Kontaktstücke unkontrollierbar beeinflußt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, das derartiges Hochsteigen von Lot auf die Schaltfläche ver meidet.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Benetzbarkeit der Kontaktstücke an ihren Seitenflächen soweit verschlechtert wird, daß das Hoch steigen von Lot zur Schaltfläche vermieden wird. Vorzugsweise werden dazu Metalloxide in die Oberflächen der Kontaktstücke eingebracht.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden als Metalloxide bei spielsweise eine oder mehrere der Komponenten Zinnoxid (SnO₂), Wismutoxid (Bi₂O₃), Kupferoxid (CuO), Tantaloxid (Ta₂O₅), In diumoxid (In₂O₃), Wolframoxid (WoO₃) oder Molybdänoxid (MoO₃) verwendet. Insbesondere bei Werkstoffen auf der Basis von Sil ber-Metalloxid lassen sich dabei solche Metalloxide einsetzen, die bereits im Kontaktwerkstoff enthalten sind. Dadurch wird die Beeinflussung der Kontakteigenschaften minimiert.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt die Metalloxide nach dem Hartlöten des Kontaktstückes auf den Kontaktträger von den freien Flächen, zumindest von der Kontaktoberfläche wieder entfernt werden. Da sich üblicherweise im Rahmen der Fertigung eine Beizbehandlung der Kontaktoberflächen anschließt, können deswegen solche Metalloxide eingesetzt werden, die durch die Beizbehandlung entfernt werden können. Weiterhin kann ein har tes, insbesondere kaltverformtes Lot verwendet werden, so daß auf der Lotseite nur wenig Metalloxid in die Oberfläche einge bracht wird.

Zum Einbringen von Metalloxiden in die Oberflächen der Kon taktstücke bieten sich bekannte Verfahren an: Dies sind alter nativ das Strahlen mit den Metalloxiden als Strahlmittel oder das Gleitschleifen mit Zusatz der Metalloxide. Letzteres kann ohne oder auch mit zusätzlichen Schleifsteinen erfolgen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Die Erfindung wurde im einzelnen bei Kontaktstücken der Kon stitution Silber-Metalloxid (AgMeO) für den Einsatz bei Schaltgeräten der Energietechnik erprobt. Insbesondere wurden in diesem Zusammenhang Kontaktwerkstoffe aus AgSnO₂Bi₂O₃CuO, die mit spezifischen Zusammensetzungen in der EP-A-01 64 664 und der EP-A-01 70 812 beschrieben sind, verwendet.

Beispiel 1

Nach bekannten Verfahren hergestellte Kontaktstücke aus obigen Werkstoffen sind beispielsweise als quaderförmiger Körper mit Abmessungen von 13 mm × 13 mm × 2,5 mm ausgebildet. Das Verbin den der Kontaktstücke mit dem Kontaktträger im elektrischen Schaltgerät erfolgt üblicherweise durch Hartlöten. Dafür wer den zunächst Lotfolien auf der einen Grundfläche der Kontakt stücke befestigt. Diese so vorbeloteten Kontaktstücke können anschließend im Rahmen einer integrierten Fertigung der Monta gelinie für Schaltgeräte automatisiert zugeführt und durch Energiezufuhr, beispielsweise durch induktive Erwärmung, mit dem Kontaktträger verbunden werden.

Beim induktiven Erwärmen kommt es zu einem Aufschmelzen des Lotes. Auch wenn das Lot auf der Unterseite der Kontaktstücke begrenzt ist und unmittelbar auf den Kontaktträger aufliegt, kann es zu einem Aufsteigen des Lotes und damit zu einer mas siven Veränderung auf den Oberflächen des Kontaktstückes kommen.

Um letzteren unerwünschten Effekt auszuschalten, wird vor dem eigentlichen Hartlötprozeß die Benetzbarkeit der Kontaktstücke an ihren Seitenflächen soweit verschlechtert, daß das Hoch steigen von Lot zur Schaltfläche vermieden wird. Dazu werden in die Oberflächen des Kontaktstückes Metalloxide eingebracht.

Bei einem Kontaktstück der Konstitution AgSnO₂Bi₂O₃CuO emp fiehlt es sich, als einzubringendes Metalloxid speziell Wis mutoxid (Bi₂O₃) oder Kupferoxid (CuO) zu verwenden. Dies er folgt beispielsweise durch Strahlen mit Wismutoxid als Strahl mittel. Dafür werden die Kontaktstücke zweckmäßigerweise mit der beloteten Seite nach unten auf einen Träger aufgebracht und der Träger durch eine Strahlstation geführt. Dieser Vor gang kann in einem kontinuierlichen Durchlauf erfolgen.

Es hat sich gezeigt, daß die geringen Mengen von Wismutoxid, die in die freien Flächen des Kontaktstückes eingebracht wer den, im allgemeinen die Schalteigenschaften der Kontaktstücke kaum verändern, da insbesondere der Kontaktwerkstoff auch be reits Wismutoxid enthält. Da üblicherweise die Kontaktstücke im Rahmen der Schaltgerätefertigung abgebeizt werden, kann bei Verwendung eines geeigneten Beizmittels das eingebrachte Wis mutoxid noch während des Fertigungsvorganges wieder entfernt werden. Als Beizmittel ist Salzsäure (HCl) geeignet, welche Wismut auflöst.

Beispiel 2

Unbelotete oder belotete Kontaktstücke werden mit den Grund flächen aufeinandergestapelt, so daß bei einem Stapel mit ei ner großen Anzahl von Kontaktstücken nur die vier Schmalseiten frei, dagegen sowohl die Kontaktfläche als auch die Lotober flächen abgedeckt sind. Ein solcher Stapel wird ganz entspre chend Beispiel 1 durch eine Strahlstation geschoben. Dabei kann durch zusätzliches Drehen des Stapels um seine Längsachse erreicht werden, daß der Einbau von Wismutoxid oder Kupfer oxid jeweils nur gleichmäßig in den Seitenflächen der Kontakt stücke erfolgt. Anschließend kann der Hartlötvorgang unmittel bar erfolgen.

Beispiel 3

Unbelotete oder belotete Kontaktstücke werden in einer Trommel gleitgeschliffen, wobei das betreffende Metalloxid als Pulver hinzugefügt wird. Das Gleitschleifen kann mit oder ohne Ver wendung von in der Praxis üblichen Scheuersteinen erfolgen.

Um bei mit Lot versehenen Kontaktstücken eine nachteilige Be einflussung der Lotfolie von vorneherein auszuschließen, empfiehlt es sich ein hartes, insbesondere auch kaltverformtes Lot zu verwenden, bei dem aufgrund der hohen Härtewerte weni ger Oxide in die Oberfläche eingebracht werden. Da der oben angegebene Werkstoff eine Härte von rund 90 HV hat, sollte ein solches Lot, beispielsweise das bekannte Lot L-Ag 15P, ge wählt werden, das im kaltverformten Zustand eine Härte von 150 HV hat.

Vorliegende Erfindung wurde insbesondere für solche Kontakt stücke beschrieben, die aus Silber-Metalloxid(AgMeO) bestehen. Auch für andere Kontaktwerkstoff-Systeme, beispielsweise auf der Basis Silber-Graphit (AgC), Silber-Wolfram (AgW) oder Kom binationen daraus, kann ein entsprechendes Verfahren zur Ver schlechterung der Benetzbarkeit der Kontaktstücke an ihren Seitenflächen eingesetzt werden, so daß das Aufsteigen von Lot verhindert wird. Im Einzelfall müssen gegebenenfalls solche Zusätze ausgewählt werden, welche die Schalteigenschaften nicht wesentlich beeinflussen.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden von Kontaktstücken mit einem Träger durch Hartlöten, insbesondere von Kontaktstücken aus einem Werkstoff auf Silber-Metalloxid(AgMeO)-Basis, bei dem die Kon taktstücke an ihrer Rückseite mit Lot versehen sind, da durch gekennzeichnet, daß die Benetzbar keit der Kontaktstücke an deren Seitenflächen so weit ver schlechtert wird, daß das Hochsteigen von Lot zur Schaltfläche vermieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß Metalloxide in die Oberflächen der Kon taktstücke eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metalloxide Zinnoxid (SnO₂), Wis mutoxid (Bi₂O₃), Kupferoxid (CuO), Tantaloxid (Ta₂O₅), Indium oxid (In₂O₃), Wolframoxid (WoO₃), Molybdänoxid (MoO₃) als eine oder mehrere Komponenten enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß solche Metalloxide einge setzt werden, die auch im Kontaktwerkstoff als Wirkkomponente enthalten sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und Anspruch 4, wobei die Kon taktstücke aus einem Werkstoff der Konstitution AgSnO₂Bi₂O₃CuO bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich eingebrachten Metalloxide SnO₂, Bi₂O₃ und/oder CuO sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide nach dem Hartlöten des Kontaktstückes auf den Träger von den freien Flächen, zumindest von der Kontaktfläche, wieder entfernt, insbesondere abgebeizt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß solche Metalloxide eingesetzt werden, die vom verwendeten Beizmittel, beispielsweise in Salzsäure, gelöst werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxid Wismutoxid (Bi₂O₃) oder Kupferoxid (CuO) verwendet wird, welche beide von Salzsäure (HCl) aufgelöst werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zum Verbinden der Kontaktstücke mit dem Träger durch Hartlöten ein hartes kaltverformtes Lot verwendet wird, so daß auf der Lotseite nur wenig Metalloxid in die Oberfläche eingebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Einbringen des Metalloxide durch Strahlen mit den Metalloxiden als Strahlmittel erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Einbringen der Metalloxide durch Gleitschleifen unter Zusatz der Oxide erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß das Gleitschleifen mit Schleif steinen durchgeführt wird.