EP3136510A1 - Verbesserung der haftung von verbindungselementen die mittels lotpaste auf ein metallisches substrat gelötet werden - Google Patents

Verbesserung der haftung von verbindungselementen die mittels lotpaste auf ein metallisches substrat gelötet werden Download PDF

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EP3136510A1
EP3136510A1 EP15002499.0A EP15002499A EP3136510A1 EP 3136510 A1 EP3136510 A1 EP 3136510A1 EP 15002499 A EP15002499 A EP 15002499A EP 3136510 A1 EP3136510 A1 EP 3136510A1
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    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • H01R4/028—Soldered or welded connections comprising means for preventing flowing or wicking of solder or flux in parts not desired

Definitions

  • the invention relates to the optimum shaping of connecting elements [ Fig. 1 ], which are soldered by means of a solder paste [a] on a metallic substrate [b].
  • Such fasteners are usually designed as screw [c] or plug-in connections with screw connections, these are mainly loaded with a torque [d], in connectors, however, usually with a tilting moment [e].
  • the load capacity depends directly on the quality of the solder joint, ie on the adhesion of the connecting element on the substrate
  • soldering Another difficulty of soldering is that these connecting elements have a relatively large mass, therefore, the thermal energy expenditure for melting the solder paste is relatively high. If the solder joint is not supplied with sufficient thermal energy, so-called cold solder joints are formed which greatly reduce the adhesion of the connector to the substrate.
  • the aim of the present invention is to improve the adhesion and thus the mechanical strength of the soldered connection element in that the wettable surface is increased by appropriate shaping with the same base area and / or anchors are attached to the connecting element or on the substrate to the mechanical strength to increase.
  • a further object of the invention is to target the mass to be heated for the soldering with constant mechanical properties (eg by means of rejuvenation).
  • Figure 3 , g] in such a way that the thermal energy to be expended for the soldering can be reduced and nevertheless no cold solder joints are formed.
  • solderable surface is achieved by attaching vertical grooves [k] to the periphery of the connecting element associated with the soldering surface.
  • the molten solder rises [l] on the flanks of the grooves [k], [h] and on the walls of the bores, which additionally increases the effectively soldered surface and thus improves the adhesion of the connecting elements to the substrate [b] becomes.
  • anchors [m] which are wetted in the same soldering process by the solder paste [a1] causes the mechanical load capacity is further increased many times.
  • These anchorages [m] can be used both on the connecting element [ Fig. 5 ] as well as on the substrate [b] and extend into corresponding recesses of the substrate [o] and / or the connecting element itself.

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  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

Erstens wird durch eine geeignete Formgebung erreicht:
- dass sich die Flussmittelgase nicht zwischen dem Verbindungselement und dem metallischen Substrat ansammeln und sich dadurch die Haftung des Verbindungselements auf dem substrat verringert.
- dass die effektive benetzbare Lötfläche bei gleich bleibender Grundfläche vergrößert wird und sich somit die Haftung des Verbindungselements auf dem Substrat erhöht.
- dass die funktionell nicht notwendige Masse des Verbindungselements eliminiert wird, um die für die Lötung notwendige thermische Energie zu reduzieren und folglich kalte Lötstellen zu vermeiden.
Zweitens wird durch Verwendung von Verankerungen die Haftung des Verbindungselements auf dem Substrat verbessert, so dass in Folge die mechanische Belastbarkeit bezüglich Dreh- und Kippmoment erhöht wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die optimale Formgebung von Verbindungselementen [Fig. 1], weiche mittels einer Lotpaste [a] auf ein metallisches Substrat [b] gelötet werden. Solche Verbindungselemente werden üblicherweise als Schraub- [c] oder Steckverbindungen ausgeführt Bei Schraubverbindungen werden diese vorwiegend mit einem Drehmoment [d], bei Steckverbindungen hingegen meist mit einem Kippmoment [e] belastet. Die Belastbarkeit hängt direkt von der Qualiät der Lötverbindung ab, also von der Haftung des Verbindungselements auf dem Substrat
  • Die grundsätzliche Problematik bei Lötungen von großflächigen Teilen besteht darin, dass das in der Lotpaste enthaltene Flussmittel beim Lötvorgang Gase bildet, die in nur sehr geringem Maße seitlich und dies meist explosionsartig entweichen können. Der Großteil der Gase sammelt sich in Form von Gasblasen [Fig.2, f] zwischen dem metallischen Substrat und dem Verbindungselement. Diese Gasblasen bewirken, dass die gelötete Kontaktfläche reduziert und somit naturgemäß die Haftung des auf dem metallischen Substrat gelöteten Verbindungselements verringert wird. Folglich reduziert sich wiederum die mechanische Belastbarkeit in Bezug auf das maximal anwendbare Dreh- und Kippmoment.
  • Eine weitere Schwierigkeit der Lötung besteht darin, dass diese Verbindungselemente eine relativ große Masse besitzen, daher der thermische Energieaufwand zum Schmelzen der Lotpaste relativ hoch ist. Wenn die Lötstelle nicht mit ausreichend thermischer Energie versorgt wird, dann entstehen sogenannte kalte Lötstellen, welche die Haftung des Verbindungselements auf dem Substrat stark verringern.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Haftung und somit die mechanische Belastbarkeit des gelöteten Verbindungselements dadurch zu verbessern, dass die benetzbare Oberfläche durch entsprechende Formgebung bei gleichbleibender Grundfläche vergrößert wird und/oder Verankerungen am Verbindungselement oder auf dem Substrat angebracht werden, um die mechanische Belastbarkeit zu erhöhen.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die für die Lötung zu erwärmende Masse bei gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften gezielt (z.B. durch Verjüngung [Fig.3, g]) so zu verringern, dass die für die Lötung aufzuwendende thermische Energie reduziert werden kann und dennoch keine kalten Lötstellen entstehen.
  • Durch Anbringung von Rillen [h] und/oder Bohrungen [i] auf der Lötseite des Verbindungselements und/oder auf dem Substrat, wird erreicht, dass die Flussmittelgase gesammelt und nach außen abgeleitet werden, sich daher keine störenden Gasblasen mehr bilden können, welche die gelötete Oberfläche verringern würden.
  • Eine weitere Vergrößerung der lötbaren Oberfläche wird dadurch erreicht, indem an dem der Lötfläche zugeordneten Umfang des Verbindungselements vertikale Rillen [k] angebracht werden.
  • Beim Lötprozess steigt an den Flanken der Rillen [k],[h] und an den Wandungen der Bohrungen das geschmolzene Lötmittel hoch [l], wodurch sich die effektiv gelötete Oberfläche zusätzlich erhöht und somit die Haftung der Verbindungselemente auf dem Substrat [b] verbessert wird.
  • Die zusätzliche Anbringung von Verankerungen [m], die im gleichen Lötprozess von der Lotpaste [a1] benetzt werden, bewirkt, dass die mechanische Belastbarkeit weiter um ein Vielfaches erhöht wird. Diese Verankerungen [m] Können sowohl am Verbindungselement [Fig. 5] als auch am Substrat [b] angebracht werden und reichen in entsprechende Vertiefungen des Substrats [o] und/oder des Verbindungselements selbst.

Claims (10)

  1. Verbindungselement (c), welches mittels einer Lotpaste (a) auf ein metallisches Substrat (b) gelötet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es eine dem Substrat (b) zugewandte Fläche aufweist, in der eine oder mehrere Rillen (h) vorgesehen sind.
  2. Verbindungselement (c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Rille (h) am Außenumfang des Verbindungselements (c) mündet, so dass ein beim Löten entstehendes Flussmittelgas nach außen abgeleitet werden kann.
  3. Verbindungselement (c) welches mittels einer Lotpaste (a) auf ein metallisches Substrat (b) gelötet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dem Substrat (b) zugewandten Fläche des Verbindungselements (c) eine oder mehrere Bohrungen vorgesehen sind.
  4. Verbindungselement (c) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bohrung durch das Verbindungselement (c) hindurchgeht und außen mündet, so dass ein beim Löten entstehendes Flussmittelgas nach außen abgeleitet werden kann.
  5. Verbindungselement (c) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bohrung nicht durch das Verbindungselement (c) hindurchgeht und den Zweck hat, dass sich an deren Wandungen das geschmolzene Lötmittel anlegt.
  6. Verbindungselement (c), welches mittels einer Lotpaste (a) auf ein metallisches Substrat (b) gelötet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es an einer seitlichen Umfangsfläche mit Rillen (k) versehen ist, so dass das geschmolzene Lötmittel (l) an diesen hochsteigt und folglich die Haftung des Verbindungselements (c) auf dem Substrat (b) vergrößert wird.
  7. Verbindungselement (c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Verankerungen (m) aufweist, welche mittels der Lotpaste (a) auf das metallische Substrat (b) gelötet werden.
  8. Verbindungselement (c) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungen (m) dazu ausgelegt sind, in Öffnungen des Substrats (b) eingesetzt zu werden, wobei die Verankerungen (m) so dimensioniert sind, dass sie im eingesetzten Zustand kürzer sind als die Dicke des Substrats (b).
  9. Verbindungselement (c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kopfabschnitt, einen Fußabschnitt und einen dazwischen liegenden verjüngten Abschnitt (g) aufweist, der einen kleineren Querschnitt hat als der Kopfabschnitt und der Fußabschnitt.
  10. Verbindungselement (c) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gewinde oder eine Steckverbindung umfasst.
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