HU225976B1 - Brazing seat for guiding rail - Google Patents

Description

(54) Forrasztási fészek kialakítása vezetősínben (57) Kivonat

Forrasztási fészek kialakítása vezetősínben, amelyben a beforrasztandó kivezetés (40) fogadására nyílás van kialakítva, és a kivezetésnek a nyílásba vezetése a vezetősín (10) első lapsíkja felől, a forrasztás pedig a vezetősínnek (10) a második, szemközti lapsíkja felől végezhető el, és a nyílást a vezetősín (10) lapsíkjára merőleges vagy közel merőleges tengelyű kúpos furat (20) képezi, amelynek kúpszöge legalább 30°, a kúpos furat (20) csúcsa a vezetősínnek (10) az első lapsíkja felé néz, és a kúpos furat (40) kör alakú nyílásban (21) végződik, amelynek átmérője kissé nagyobb a kivezetés (40) átmérőjénél.

HU 225 976 Β1

2. ábra

A leírás terjedelme 4 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 225 976 Β1

A találmány tárgya forrasztási fészek kialakítása vezetősínben, amely elsősorban félvezetőket tartalmazó erősáramú készülékekben és nagyáramú vezérlőberendezésekben használt vezetősíneknél alkalmazható.

Az említett erősáramú berendezésekben, ahol legalább 10 A erősségű áramok vezetésére rézből vagy sárgarézből készített vezetősíneket használnak, a félvezető elemeket és a csatlakozóhuzalok végeit forrasztással csatlakoztatják. A meghibásodási statisztikák és a gyártási selejtek vizsgálatából szerzett tapasztalatok szerint a legtöbb hiba éppen a forrasztási helyeknél keletkezik. A hibákat két fő csoportra oszthatjuk: a félvezető elemek meghibásodására a forrasztás során vagy annak következtében, és a forrasztás helyén kialakuló tökéletlen érintkezésből keletkező hibákra, amelyek csak hosszabb használat elteltével észlelhetők.

A lapos vezetősínekben a forrasztás céljából a hengeres forrasztandó elemek (huzalvégek vagy a félvezetők elektródakivezetései) végei számára az elemek huzalátmérőinél nagyobb belső átmérőjű hengeres furatokat létesítenek, esetenként ezeket a furatokat még furatgalvanizálással kezelik, majd a forrasztás előtt ezeket a végeket a furatokba helyezik. A hőt a vezetősín külső, az elemek bevezetési helyével átellenes oldalára helyezett forrasztópákával vagy megfelelő forrasztószerszámmal közük, rendszerint megolvasztott forrasztóón közbeiktatásával.A probléma abból adódik, hogy a vezetősín jó hővezető, és hosszú ideig tartó hőközlésre van szükség ahhoz, hogy a keskeny furaton, illetve a résen át a forraszanyag kellő megfolyásához szükséges hőmérséklet létrejöjjön. Ha a hőközlés rövid ideig tart, akkor nem jön létre megfelelő felület mentén a kötés, de valamilyen elektromos kapcsolat létrejön, de annak átmeneti ellenállása nagyobb. Ebből adódnak azok a hibák, amelyek csak a tartós használat során nyilvánulnak meg, mert a kisebb kapcsolódó felület által biztosított nagyobb átmeneti ellenállás lokális felmelegedést idéz elő, ami tovább rontja az érintkezést, és a hiba előbb-utóbb észlelhetővé válik. Ha a kellő hőmérséklet eléréséhez szükséges időnél hosszabb ideig tartjuk ott a forrasztópákát, akkor a félvezető kivezetését hosszú időn át éri a magasabb hő hatása, és a jó hővezető képesség következtében a félvezető elem fog károsodni a tartós magas hőmérséklet miatt. Az optimális helyzet nagyon bizonytalan és sok, nem könnyen kézben tartható tényezőtől függ.

Az US2003/0057265 A1 publikációban nyomtatott áramköri lapok hullámforrasztási technológiáját ismertetik. A publikáció a termikus viszonyokat hengeres furat kialakítása esetére elemzi, és a túlzott felmelegedés ellen a furatokba helyezett hőelnyelő elemeket használ.

A találmány feladata olyan forrasztási fészek kialakítása, amely lényegesen megbízhatóbb és könnyebben létesíthető kötéseket eredményez a vezetősín és a hozzáforrasztandó hengeres elem között, és amelynél a félvezetőt érő hőhatás is kíméletesebb.

A kitűzött feladat megoldásához felismertem, hogy a vezetősínen nem hengeres, hanem kúpos furatot kell kialakítani, amelynek széles oldala a vezetősínnek a hengeres elem bevezetési oldalával átellenes oldalán van, a kúpszög legalább 30°, célszerűen 50°-90°, és a kúpnak a csúcsánál a hengeres elem átmérőjéhez lazán illeszkedő átmérőjű vagy ennél valamivel nagyobb, a könnyű bevezetést megengedő nyílás van.

Egy előnyös kiviteli alaknál ez a nyílás rövid hengeres szakasz, amely a szélesedő kúpban folytatódik.

A találmány szerinti megoldást a továbbiakban egy példa kapcsán, a rajz alapján ismertetem részletesebben. A rajzon az:

1. ábra a vezetősínbe való beforrasztás hagyományos megoldását mutató keresztmetszeti vázlat, és a

2. ábra a találmány szerinti vezetősínben kialakított forrasztási fészek metszete.

Az 1. ábrán a szokásosan használt megoldást szemléltetjük, és az itt vázolt 1 vezetősín jó villamos és hővezető anyagból, például rézből, rézötvözetből vagy ezüstből van kialakítva, és rajta hengeres 2 forrasztási furat található. A 2 forrasztási furatba lazán illeszthető a rajzon nem vázolt félvezető eszköz 4 kivezetése, amely hengeres kialakítású, és jól forrasztható fémből készült. A 4 kivezetés helyett ugyanolyan átmérőjű, de nem a félvezető eszközhöz tartozó egyéb huzalvég is csatlakoztatható. A méretek az 1. ábrán a szemléltetés érdekében torzítottak, a 2 forrasztási furat és a 4 kivezetés között kisebb a távolság.

A 4 kivezetésnek az 1 vezetősín lapsíkjából kiálló végét egyes esetekben levágják. A forrasztás elvégzéséhez a rajzon nem vázolt meleg forrasztópákát az vezetősínnek a félvezető eszközzel átellenes lapjához érintik, és a lapsík és a páka közé forrasztóónt helyeznek, amely megolvad és nagy felületen segíti a hőátadást. Mivel az 1 vezetősín viszonylag vastag és jó hővezető, a páka hője gyorsan és nagy felületen szétoszlik a lapsík mentén, de a laphoz képest keresztirányban, különösen a 2 furatnak a félvezető eszköz felé eső oldala csak viszonylag későn melegszik fel. A melegítés sebességét rontja, hogy a félvezető eszköz a 4 kivezetést hűti, és a 4 kivezetés és a 2 furat között kialakuló viszonylag keskeny résen át az olvadt ón sem tud megfelelő mennyiségű hőt átadni. A forrasztást végző személy az 1 vezetősín külső lapfelületét figyeli, és amikor látja, hogy a felületen az ón megolvad és folyik, azt látja vagy hiszi, hogy a 4 kivezetés is megfelelően összekapcsolódott az 1 vezetősínnel, ezért elveszi a pákát, és hűtőközeggel lehűti az 1 vezetősínt. Az ilyen forrasztás azt eredményezheti, hogy a furatnak csak a legfelső kicsiny szakaszában jön létre a kapcsolat az 1 vezetősín és a forraszanyag, továbbá a forraszanyag és a 4 kivezetés között. Egy ilyen rövid kapcsolat nem tud kellően jó villamos kapcsolatot biztosítani, sőt a kapcsolat mechanikai ereje sem elegendő. Villamos terhelés lokális felmelegedést okozhat, ami a kapcsolat minőségét tovább rontja és nagyobb mértékű melegedéshez vezet. Amennyiben a berendezést vagy a félvezető eszközt mechanikai ha2

HU 225 976 Β1 tások vagy vibráció éri, a 4 kivezetésre ható mechanikai terhelés a forrasztást szintén gyengíti. Megfelelő forrasztás esetén a 2 furat belsejét 3 forraszanyag tölti ki, amelynek a felületi feszültség hatására homorú felső és domború alsó felülete van.

Ha forrasztáskor a forrasztást végző személy ismeri az itt vázolt problémát, és a szükségesnél tovább ott tartja a forrasztópákát, akkor az 1 vezetősín túlzott felmelegedése a rajzon nem vázolt félvezető eszközt hevítheti túl, és károsíthatja, illetve túlmelegedhet minden olyan más eszköz is, ami az 1 vezetősínhez van forrasztva a 2 furat közelében.

A 2. ábrán a találmány szerinti megoldást szemléltettük, ahol 10 vezetősínen 20 kúpos furat van kialakítva. A forrasztandó félvezető eszköz és annak 40 kivezetése a 20 kúpos furatnak a keskeny vége felől csatlakozik a 10 vezetősínhez. A 20 kúpos furatnak a félvezető eszköz felé eső végén a 2 furathoz hasonló méretű, kör alakú 21 nyílása van, amely csatlakozhat közvetlenül a 20 kúpos furathoz, de rövid hengeres szakaszon keresztül is (a rajzon nem vázolva). A 20 kúpos furat kúpszöge célszerűen 50°-90°-os, de mértéke nem kritikus, legalább 30°-os kúpszög szükséges.

A forrasztás elvégzésénél a forrasztópákát szintén a 10 vezetősínnek a félvezető eszközzel átellenes oldaláról közelítjük, de itt a páka alá nagyobb mennyiségű olvadt forrasztóón helyezhető, ami a 20 kúpos furat teljes kúpfelületével érintkezik, és a kúp üregét az olvadt 30 forrasztóanyag pillanatok alatt kitölti. A nagy hőátadó felület következtében a 40 kivezetés, valamint a 20 kúpos furat tartományában maga a 10 vezetősín gyorsan felmelegszik, és felveszi a forrasztáshoz szükséges hőmérsékletet. A keskeny 21 nyílás tartományában kialakuló kis keresztmetszeten, továbbá a 21 nyílást körülvevő és viszonylag alacsony hőmérsékletű 10 vezetősín hűtőhatása miatt végül a félvezető eszköz hűtőhatása eredményeként csak kis hőmennyiség áramlik a 10 vezetősín lapsíkjára merőlegesen, és ez nem emeli a megengedett fölé a félvezető eszköz hőmérsékletét. Miután a páka és a 10 vezetősín között szükséges érintkezési idő sokkal rövidebb, mint az

1. ábra szerinti megoldásnál, a páka elvétele után a kevésbé felmelegedett 10 vezetősín az ónt hűti, és a hűtés elsősorban a kúp csúcsához közeli oldalon érvényesül. A forrasztás felőli oldalról a hűtés sebessége hűtőközeg alkalmazásával növelhető.

A 20 kúpos furat és a 30 forraszanyag belső felülete lényegesen nagyobb a hengeres 20 furat belső felületénél, és a nagy felület teljes egészében felveszi a forrasztáshoz szükséges hőmérsékletet, és ugyancsak teljes hosszban biztosított a 40 kivezetés egyenletes beforrasztása is. Ismert tény, hogy a forrasztóón kötése abban a pillanatban létrejön, mihelyt a szomszédos felületek tartományában a szükséges hőmérséklet és az oxidmentes felület rendelkezésre áll. A nagy forrasztási tér a forrasztóónban lévő folyatószerek hatásának kellő érvényesülését is segíti.

A 30 forraszanyagnak a felületi feszültség hatására felül domború felülete lesz.

Az 1. és 2. ábrán vázolt ismert és a találmány szerinti megoldás egybevetése (egyébként azonos méretek mellett) azt eredményezi, hogy a 3, illetve 30 forraszanyag az 1, illetve 10 vezetősínnel több mint kétszeres felületen keresztül érintkezik a találmány szerinti kialakításnál, és ez a vázolt problémák elmaradása mellett is lényegesen kedvezőbb kötést eredményez.

A vázolt kialakítás révén tehát gyorsan és jó minőségben létrejön a szükséges kapcsolat, amely nagy felületen és kis belső ellenállás mellett összeköti a 10 vezetősínt a 40 kivezetéssel. A félvezető eszközre jutó hőterhelés sokkal kisebb lesz, mint a hagyományos hengeres 2 furatot alkalmazó megoldásoknál. A létrejött kiváló minőségű kötés elsősorban a nagy áramú és nagy mechanikai igénybevételeknek kitett alkalmazásoknál javítja a rövid- és hosszú idejű megbízhatóságot.

Claims (3)

1. Forrasztási fészek kialakítása vezetősínben, amelyben a beforrasztandó kivezetés (40) fogadására nyílás van kialakítva, és a kivezetésnek a nyílásba vezetése a vezetősín (10) első lapsíkja felől, a forrasztás pedig a vezetősínnek (10) a második, szemközti lapsíkja felől végezhető el, azzal jellemezve, hogy a nyílást a vezetősín (10) lapsíkjára merőleges vagy közel merőleges tengelyű kúpos furat (20) képezi, amelynek kúpszöge legalább 30°-os, és a kúpos furat (20) csúcsa a vezetősínnek (10) az első lapsíkja felé néz, és a kúpos furat (20) kör alakú nyílásban (21) végződik, amelynek átmérője kissé nagyobb a kivezetés (40) átmérőjénél.

2. Az 1. igénypont szerinti forrasztási fészek, azzal jellemezve, hogy a kúpszög 50° és 90° között van.

3. Az 1. igénypont szerinti forrasztási fészek, azzal jellemezve, hogy a kivezetés (40) félvezető eszközhöz tartozik.