WO2021078953A1 - Verfahren zum herstellen eines smd-lötbaren bauelements, smd-lötbares bauelement, elektronikeinheit und feldgerät - Google Patents

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WO2021078953A1
WO2021078953A1 PCT/EP2020/079914 EP2020079914W WO2021078953A1 WO 2021078953 A1 WO2021078953 A1 WO 2021078953A1 EP 2020079914 W EP2020079914 W EP 2020079914W WO 2021078953 A1 WO2021078953 A1 WO 2021078953A1
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connection surface
connection
contact element
smd
nanowires
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PCT/EP2020/079914
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English (en)
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Inventor
Dietmar Birgel
Silke CZAJA
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49811—Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/143—Electrical contacts; Fastening fusible members to such contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/0411—Miniature fuses
    • H01H2085/0414—Surface mounted fuses

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an SMD-solderable component, an SMD-solderable component, an electronics unit and a field device in automation technology.
  • field devices are often used to determine and / or monitor process variables.
  • field devices are, for example, level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables level, flow, pressure, temperature, pH value and conductivity.
  • Field devices often have a sensor unit, in particular at least temporarily and / or at least in sections, which is in contact with a process medium and which is used to generate a signal that is dependent on the process variable.
  • these often have an electronic unit arranged in a housing, the electronic unit serving to process and / or forward signals generated by the sensor unit, in particular electrical and / or electronic signals.
  • the electronics unit typically comprises at least one printed circuit board with components arranged thereon.
  • the electronics unit often has a large number of SMD components, which are provided with corresponding contact elements for soldering onto contact areas provided for this purpose on a surface of a printed circuit board.
  • SMD-solderable components short for 'Surface Mounted Devices', i.e. surface-mountable components
  • the SMD components are automatically placed with automatic placement machines on the contact surfaces provided with solder paste on the circuit board and soldered together with a so-called reflow soldering process in a reflow soldering oven. This means that a large number of SMD-solderable components can be soldered onto the circuit board at the same time.
  • Such SMD components often themselves have a large number of solder connections, for example between the contact elements and / or between further components of the component. In the event that such a solder connection is present, it is often very demanding for manufacturing reasons to reliably set a predetermined contact resistance between the contact elements of the SMD-solderable component.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an SMD-solderable component which has a predetermined contact resistance between its contact elements with a sufficiently high level of reliability.
  • the object is achieved by a method for producing an SMD solderable component, the SMD solderable component having:
  • first contact element and the second contact element are provided for soldering onto contact areas provided for this purpose on a surface of a circuit board
  • first connection area is formed by an end face of the first contact element, and wherein the method comprises the steps:
  • connection surfaces By using nanowires on the connection surfaces, an electrically highly conductive and mechanically stable form-fitting first connection can be created without the need for soldering.
  • the SMD-solderable component is therefore preferably also free from solder connections. Due to the size of the nanowires, the surface area of the connection is increased.
  • the predeterminable contact resistance is set by means of the dimension of the first connection area and the second connection area, a cross-sectional area of the nanowires and / or a length of the nanowires, and / or a selection of a material for the nanowires.
  • the nanowires preferably have a length in the range from 100 nm (nanometers) to 100 ⁇ m (micrometers). Furthermore, the nanowires preferably have a diameter in the range from 10 nm to 100 ⁇ m, in particular in the range from 30 nm to 2 ⁇ m.
  • the term “diameter” refers to a circular base area, with a comparable definition of a diameter being used for a base area that differs from this. It is particularly preferred that all nanowires used have the same length and the same diameter and the same material
  • the nanowires are provided on the first connection surface and the second connection surface by means of an ion trace etching method.
  • the nanowires are applied to the first connection area and the second connection area in such a way that the nanowires are attached to one side of the respective first connection area or second connection area and extend in a substantially perpendicular direction to the respective first connection area or second connection area extend, and the nanowires cover the respective first connection area or second connection area essentially flat.
  • the second connection surface is formed by an end surface of the second contact element.
  • an elongated resistance element which has a first end section and a second end section essentially opposite the first end section in the longitudinal direction of the resistance element, the second connection surface being formed by an end face of the first end section.
  • a third connection surface is formed by an end surface of the second contact element and a fourth connection surface is formed by an end surface of the second end section, and the method comprises the steps:
  • the second connection is also form-fitting. All of the configurations mentioned so far and / or below that are / are mentioned in connection with the first connection area and the second connection area and the first connection present therebetween are mutatis mutandis also for the third connection area and the fourth connection area and ie present between them second connection includes.
  • steps B) and C) are carried out following steps E) and F) or steps B) and C) are carried out essentially simultaneously with steps E) and F).
  • the first connection is heated to a joining temperature and / or after the establishment of the non-detachable second connection, the second connection is heated to a joint temperature.
  • the additional heating to the joining temperature results in an improved first / second connection.
  • the joining temperature is more than 150 ° C. and / or less than a melting temperature of the resistance element, in particular a coating of the resistance element.
  • the joining temperature is achieved in that a voltage is applied between the first contact element and the second contact element, which voltage causes an electrical current to flow between the first contact element and the second contact element.
  • the level of the electrical current is selected in such a way that the joining temperature of at least 150 ° C is reached.
  • an electrical power is introduced via a current flow between the two contact elements, via which the first or second connection to the Joining temperature heated.
  • the power can be introduced via a current flow through the resistance element.
  • the heat can also be introduced inductively via the magnetic field induced by a current flow, similar to an inductive heating plate.
  • Another possibility is, for example, to heat the SMD-solderable component in an oven.
  • the contact resistance is measured after the first connection area and the second connection area have been brought together in step C).
  • the object is achieved by an SMD-solderable component which is produced according to the method according to the invention, wherein the SMD-solderable component is lead-free and wherein the nanowires are a metal, in particular copper, gold, nickel, silver, Zinc, tin, indium and / or platinum.
  • the SMD-solderable component is an overcurrent protection device, in particular a fuse, with a tripping current, the specified contact resistance being set in such a way that the tripping current of the overcurrent protection device is between 0.02 and 1 A is.
  • the first contact element has a first metal and the second contact element has a second metal, so that a mechanical stress caused by heating to the joining temperature is present between the first contact element and the second contact element.
  • the metals have different thermal expansion coefficients.
  • the SMD-solderable component has a maximum dimension of 20 mm, and in particular a distance between the first contact element and the second contact element is less than 15 mm.
  • the resistance element is a wire wound in turns around an electrically insulating core, the wire in particular having a diameter of less than 50 ⁇ m (micrometers), and in particular the wire having a Tin-plating is coated, the melting temperature of which is greater than 225 ° C.
  • the joining temperature is therefore advantageously less than 225 ° C., so that there is no pre-aging of the resistor element when it is heated to the joining temperature.
  • the invention also relates to an electronics unit with a printed circuit board, the SMD solderable component according to the invention being soldered to contact areas provided for this purpose on the surface of the printed circuit board.
  • the electronics unit is designed for use in potentially explosive areas.
  • Such electronic units must meet very high safety requirements with regard to explosion protection.
  • explosion protection the main concern is to safely avoid the formation of sparks or at least to ensure that a spark that occurs in the event of a fault has no effect on the environment.
  • associated protection classes are defined in the relevant standards, in particular in the European standard IEC 600079-11 and / or EN60079-11
  • explosion protection is achieved in that the values for an electrical variable (current, voltage, power) are always below a given limit value at all times Error case no Spark is generated.
  • explosion protection is achieved by the spatial distances between two different electrical potentials being so large that sparks cannot occur due to the distance, even in the event of a fault.
  • additional protection class called “Flameproof Enclosure” (Ex-d)
  • electronic units designed according to this protection class must have sufficient mechanical strength or stability.
  • Comparable protection classes are in the American standard FM3610 and / or the ANSI / UL60079-11 and / or the Canadian standard CAN / CAS C22.2 No. 60079-11 defined.
  • the SMD-solderable component in particular the SMD-solderable overcurrent protection device, is therefore used in an electronic unit designed for use in potentially explosive areas.
  • the electronics unit is therefore designed in accordance with a protection class of the aforementioned standards.
  • the reliability of the overcurrent protection device according to the invention is particularly important here.
  • the invention also relates to a field device in automation technology with an electronic unit according to the invention.
  • the electronics unit is therefore an electronics unit of a field device in automation technology.
  • FIG. 4 An embodiment of a field device in automation technology with an electronics unit which has an embodiment of the SMD-solderable component according to the invention.
  • Fig. 1 a first embodiment of the SMD-solderable component 5 according to the invention is shown. This is produced in that a first contact element 2a and a second contact element 2b are connected to one another, the end faces SF of which each form a first connection area 3a and a second connection area 3b.
  • a plurality of nanowires ND are provided on each of the first connection surface 3a and the second connection surface 3b, for example by means of an ion trace etching method or another method known from the prior art for providing nanowires ND.
  • steps B and C the two connection surfaces 3b are aligned as facing one another and brought together, as a result of which the nanowires ND applied to the respective connection surface 3a, 3b form a form-fitting connection.
  • an electrically conductive first connection 4a is established between the first connection area 3a and the second connection area 3b.
  • the establishment of the first connection 4a advantageously results in a prescribable contact resistance between the first contact element 2a and the second contact element 2b.
  • the specifiable contact resistance is set, for example, via the dimension of the first connection area 3a and the second connection area 3b, a cross-sectional area of the nanowires ND and / or a length of the nanowires ND and / or a selection of a material for the nanowires ND.
  • the competent person can carry out a corresponding series of tests.
  • the specifiable contact resistance is preferably set via the cross-sectional area of the nanowires ND and the material for the nanowires ND.
  • the presence of the predeterminable transition resistance between the first contact element 2a and the second contact element 2b can then be checked, for example by applying a constant voltage and measuring the current flowing between the first contact element 2a and the second contact element 2b, see FIG. 1, last picture.
  • an elongated resistance element 1 is additionally provided between the first contact element 2a and the second contact element 2b.
  • the first connection surface 3a is formed by an end surface SF of the first contact element 2a.
  • the resistance element 1 now has a first end face SF on a first end section 1a, which forms the second connection face 3b.
  • a third connection surface 3c is formed by an end face SF. This is already positively connected to a fourth connection surface 3d by means of an electrically conductive second interlocking connection 4b between the second end section 1b and the second contact element 2b.
  • the electrically conductive second Connection 4b is made using a plurality of nanowires ND. Only when the first electrically conductive connection 4a is established are the first contact element 2a and the second contact element 2b connected to one another in an electrically conductive manner with the predeterminable contact resistance.
  • connection surfaces 3a, 3b; 3c, 3d are possibly pressed against one another by means of pressure with a contact force.
  • the SMD-solderable component 5 can also be advantageous to finally heat the SMD-solderable component 5 to a joining temperature FT, preferably a joining temperature FT of at least 150 ° C , see again Fig. 1, last picture.
  • a joining temperature FT preferably a joining temperature FT of at least 150 ° C , see again Fig. 1, last picture.
  • electrical power can be introduced, for example, via the first and second contact elements 2a, 2b that are electrically connected to one another.
  • the SMD-solderable component 5 can be heated in an oven.
  • metals with a different coefficient of thermal expansion are used as materials for the first contact element 2a and the second contact element 2b.
  • the heating to the joining temperature FT also advantageously creates a mechanical tension between the first contact element 2a and the second contact element 2b. caused (bi-meta II effect).
  • An additional mechanical tension is advantageous, for example, if the SMD-solderable component 5 is designed as an overcurrent protection device, since its sensitivity and thus tripping reliability can be increased by means of an additional mechanical tension.
  • the resistance element 1 is an electrically conductive wire 8, wound in turns around an insulating core 9, with a diameter of less than 50 ⁇ m (micrometers), with only the first in FIG End section 1a of the resistance element 1 and the first contact element 2a connected thereto are shown.
  • the wire 8 is coated with a coating 6 designed as tinning.
  • the contact element 2a is a cup-shaped end cap with a, for example, rectangular or round bottom surface and an inner face SF as the first connection surface 3a.
  • Such cup-shaped contact elements 2a, 2b are used, for example, in the manufacture of SMD-solderable overcurrent protection devices, the overcurrent protection devices being characterized on the basis of the contact resistance and the resulting tripping current between the contact elements 2a, 2b.
  • a current flow also always causes an induced magnetic field.
  • the heating to the joining temperature FT can also be generated here by means of a high-frequency alternating current circuit, which is applied to the electrically conductively connected contact elements 2a, 2b and which generates eddy currents that heat the SMD-solderable component 5.
  • the joining temperature FT is preferably lower than a melting temperature of the resistance element 1, in particular its coating 6; in the case of tin-plating, at least less than 230 ° C. Due to the joining temperature FT of less than 230 ° C. used during heating, pre-aging of the wire 8, in particular also a melting of a coating 6 of the wire 8 and the resulting formation of solder balls between, for example, adjacent turns, is effectively prevented.
  • the SMD-solderable component 5 with the predeterminable contact resistance between its contact elements 2a, 2b can then be soldered with the contact elements 2a, 2b onto the contact surfaces provided for this purpose on a printed circuit board 18 of an electronics unit 10 in an SMD mass soldering process (e.g. reflow soldering).
  • the SMD-solderable component 5 is preferably used in an electronics unit 10 of a field device 11 in automation technology.
  • a field device 11 of automation technology is shown in more detail in FIG. 4.
  • the field device 11 has a sensor unit 17, which is in contact with a process medium, in particular at least temporarily and / or at least in sections, which serves to generate a measurement signal, for example electrical and / or electronic, which represents the process variable.
  • the electronics unit 10 arranged in a transmitter housing 19 of the field device 11 is used to process and / or forward the measurement signals generated by the sensor unit 17.
  • the electronics unit 10 typically comprises at least one printed circuit board 18 with components arranged thereon.
  • the SMD-solderable component 5 according to the invention is soldered onto the printed circuit board 18.
  • the field device 11 has a further electronics unit 20 configured as a display / input unit, with a (touch) display mounted thereon.
  • the SMD-solderable component 5 according to the invention can of course also be soldered onto a printed circuit board of the electronics unit 20 configured as a display / input unit.
  • the SMD-solderable component 5 is the aforementioned overcurrent protection device (ie with the aforementioned dimension or the tripping current mentioned above), which is used in a field device 11 which is designed for use in potentially explosive areas.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines SMD-lötbaren Bauelements (5), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: A) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten (ND) auf der einer ersten Anschlussfläche (3a) und auf der einer Anschlussfläche (3b) B) Ausrichten der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b) derart, dass die erste Anschlussfläche (3a) und die zweite Anschlussfläche (3b) einander zugewandt sind, C) Zusammenführen der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b), bei dem die Vielzahl der Nanodrähte (ND) der ersten Anschlussfläche (3a) mit der Vielzahl der Nanodrähte (ND) der zweiten Anschlussfläche (3b) in Kontakt gebracht wird, wobei bei dem Zusammenführen eine nicht-lösbare elektrisch leitende erste Verbindung (4a) zwischen der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b) derart hergestellt wird, dass ein vorgebbarer Übergangswiderstand zwischen einem ersten Kontaktelement (2a) und einem zweiten Kontaktelement (2b) vorliegt. Die Erfindung betrifft ferner ein SMD-lötbares Bauelement (5), eine Elektronikeinheit und ein Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einem erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelement.

Description

Verfahren zum Herstellen eines SMD-lötbaren Bauelements, SMD-lötbares Bauelement,
Elektronikeinheit und Feldgerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines SMD-lötbaren Bauelements, ein SMD- lötbares Bauelement, eine Elektronikeinheit und ein Feldgerät der Automatisierungstechnik.
In der Automatisierungstechnik, insb. in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte zur Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen eingesetzt. Als Feldgeräte werden dabei im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Dabei handelt es sich beispielsweise um Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Feldgeräte weisen oftmals eine, insbesondere zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehende Sensoreinheit auf, welche der Erzeugung eines von der Prozessgröße abhängigen Signals dient. Ferner weisen diese oftmals eine in einem Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von von der Sensoreinheit erzeugten Signalen, insbesondere elektrischen und/oder elektronischen Signalen, dient. Typischerweise umfasst die Elektronikeinheit zumindest eine Leiterplatte mit darauf angeordneten Bauelementen.
Die Elektronikeinheit weist oftmals eine Vielzahl von SMD-Bauelementen auf, die mit entsprechenden Kontaktelementen zum Auflöten auf dafür vorgesehene Kontaktflächen auf eine Oberfläche einer Leiterplatte vorgesehen sind. SMD-lötbare Bauelemente (kurz für 'Surface Mounted Devices' d.h. oberflächen-montierbare Bauelemente) werden mit ihren Kontaktelementen direkt an für sie vorgesehene Anschlüsse aufgelötet. Hierzu werden die SMD-Bauelemente mit Bestückungsautomaten maschinell auf die mit Lotpaste versehene Kontaktflächen auf der Leiterplatte platziert und gemeinsam mit einem sogenannten Reflow-Lötprozess in einem Reflow- Lötofen aufgelötet. Damit kann gleichzeitig eine Vielzahl von SMD-lötbaren Bauelemente auf der Leiterplatte aufgelötet werden.
Derartige SMD-Bauelemente nach dem Stand der Technik weisen oftmals selbst eine Vielzahl von Lotverbindungen auf, bspw. zwischen den Kontaktelementen und/oder zwischen weiteren Komponenten des Bauelements. Für den Fall, dass eine derartige Lotverbindung vorliegt, ist es fertigungstechnisch bedingt oftmals sehr anspruchsvoll, einen vorgegebenen Übergangswiderstand zwischen den Kontaktelementen des SMD-lötbaren Bauelements zuverlässig einzustellen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein SMD-lötbares Bauelement anzugeben, das mit einer ausreichend hohen Zuverlässigkeit einen vorgegebenen Übergangswiderstand zwischen seinen Kontaktelementen aufweist.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines SMD- lötbaren Bauelements, wobei das SMD-lötbare Bauelement aufweist:
-ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement, wobei das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement zum Auflöten auf dafür vorgesehene Kontaktflächen auf eine Oberfläche einer Leiterplatte vorgesehen sind,
-eine erste Anschlussfläche und eine zweite Anschlussfläche, wobei die erste Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des ersten Kontaktelements gebildet wird, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
A) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf der ersten Anschlussfläche und auf der zweiten Anschlussfläche;
B) Ausrichten der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche derart, dass die erste Anschlussfläche und die zweite Anschlussfläche einander zugewandt sind;
C) Zusammenführen der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche, bei dem die Vielzahl der Nanodrähte der ersten Anschlussfläche mit der Vielzahl der Nanodrähte der zweiten Anschlussfläche in Kontakt gebracht wird, wobei bei dem Zusammenführen eine nicht-lösbare elektrisch leitende erste Verbindung zwischen der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche derart hergestellt wird, dass ein vorgebbarer Übergangswiderstand zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement vorliegt.
Durch die Verwendung von Nanodrähten auf den Anschlussflächen kann eine elektrisch gut leitende und mechanisch stabile formschlüssige erste Verbindung geschaffen werden, ohne dass gelötet werden muss. Daher ist das SMD-lötbare Bauelement bevorzugt auch frei von Lotverbindungen. Aufgrund der Größe der Nanodrähte ist die Oberfläche der Verbindung vergrößert.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der vorgebbare Übergangswiderstand mittels der Dimension der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche, einer Querschnittsfläche der Nanodrähte und/oder einer Länge der Nanodrähte, und/oder einer Auswahl eines Materials für die Nanodrähte eingestellt.
Bevorzugterweise weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm (Nanometer) bis 100 pm (Mikrometer) auf. Weiterhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 100 pm, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 pm auf. Dabei bezieht sich der Begriff „Durchmesser“ auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durchmessers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwendeten Nanodrähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser und das gleiche Material aufweisen
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Nanodrähte mittels eines lonenspurätzverfahrens auf der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche bereitgestellt.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Nanodrähte derart auf die erste Anschlussfläche und die zweite Anschlussfläche aufgebracht, dass die Nanodrähte einseitig an der jeweiligen ersten Anschlussfläche oder zweiten Anschlussfläche angebracht sind und sich in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung zu der jeweiligen ersten Anschlussfläche oder zweiten Anschlussfläche erstrecken, und die Nanodrähte die jeweilige erste Anschlussfläche oder zweite Anschlussfläche im Wesentlichen flächig bedecken.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des zweiten Kontaktelements gebildet.
In einer dazu alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein längliches Widerstandselement bereitgestellt, das einen ersten Endabschnitt und einen dem ersten Endabschnitt in Längsrichtung des Widerstandselement im Wesentlichen gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt aufweist, wobei die zweite Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des ersten Endabschnitts gebildet wird.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine dritte Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des zweiten Kontaktelements und eine vierte Anschlussfläche durch eine Stirnfläche des zweiten Endabschnitts gebildet, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
D) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf der dritten Anschlussfläche und auf der vierten Anschlussfläche
E) Ausrichten der dritten Anschlussfläche und der vierten Anschlussfläche derart, dass die dritte Anschlussfläche und die vierte Anschlussfläche einander zugewandt sind, F) Zusammenführen der dritten Anschlussfläche und der vierten Anschlussfläche, bei dem die Vielzahl der Nanodrähte der dritten Anschlussfläche mit der Vielzahl der Nanodrähte der vierten Anschlussfläche in Kontakt gebracht wird, wobei bei dem Zusammenführen eine nicht-lösbare elektrisch leitende zweite Verbindung hergestellt wird, zwischen der dritten Anschlussfläche und der vierten Anschlussfläche.
Auch die zweite Verbindung ist formschlüssig. Alle bisher und/oder nachfolgend genannten Ausgestaltungen, die im Zusammenhang mit der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche und der dazwischen vorliegenden ersten Verbindung erwähnt sind/werden, werden von der Erfindung mutatis mutandis auch für die dritte Anschlussfläche und die vierte Anschlussfläche und ie dazwischen vorliegende zweite Verbindung umfasst.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte B) und C) nachfolgend zu den Schritten E) und F) durchgeführt oder die Schritte B) und C) werden im Wesentlichen gleichzeitig zu den Schritten E) und F) durchgeführt.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Herstellen der nichtlösbaren ersten Verbindung die erste Verbindung auf eine Fügetemperatur erwärmt und/oder nach dem Herstellen der nicht-lösbaren zweiten Verbindung wird die zweite Verbindung auf eine Fügetemperatur erwärmt.
Die zusätzliche Erwärmung auf die Fügetemperatur bewirkt eine verbesserte erste/ zweite Verbindung.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Fügetemperatur mehr als 150°C und/oder weniger als eine Aufschmelztemperatur des Widerstandselements, insb. einer Beschichtung des Widerstandselements.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fügetemperatur dadurch erreicht, dass zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement eine Spannung angelegt wird, die einen zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement fließenden elektrischen Strom verursacht. Die Höhe des elektrischen Stroms wird derart gewählt, dass die Fügetemperatur von mindestens 150 °C erreicht wird.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass über einen Stromfluss zwischen den beiden Kontaktelementen eine elektrische Leistung eingebracht wird, über die sich die erste oder zweite Verbindung auf die Fügetemperatur erwärmt. Dabei kann insb. die Leistung über einen Stromfluss durch das Widerstandselement eingebracht werden.
Für den Fall eines Widerstandselements mit einem in Windungen um einen elektrisch isolierenden Kern gewickelten Draht (siehe nachstehend genannte Ausgestaltung) kann die Wärme auch über das bei einem Stromfluss induzierte Magnetfeld induktiv eingebracht werden, ähnlich wie bei einer induktiven Heizplatte.
Eine weitere Möglichkeit besteht bspw. darin, das SMD-lötbare Bauelement in einem Ofen zu erwärmen.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Übergangswiderstand nach dem Zusammenführen der ersten Anschlussfläche und der zweiten Anschlussfläche in Schritt C) gemessen.
Bezüglich des SMD-lötbaren Bauelements wird die Aufgabe gelöst durch ein SMD-lötbares Bauelement, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, wobei das SMD-lötbare Bauelement bleifrei ist und wobei die Nanodrähte ein Metall, insb. Kupfer, Gold, Nickel, Silber, Zink, Zinn, Indium und/oder Platin, aufweisen.
Zum Schutz der Umwelt und von Personen ist man heute bemüht, den Einsatz von Schwermetallen, wie z.B. Blei oder Quecksilber, zu vermeiden. In diese Richtung zielt auch die RoHS-Richtlinie (Restriction of Certain Hazardous Substances) der Europäischen Union, die den Einsatz bestimmter gefährlicher Stoffe, wie z.B. Blei, in der Elektroindustrie verbietet. Daher ist es von Vorteil ein möglichst bleifreies SMD-lötbares Bauelement anzugeben. Da das SMD-lötbare Bauelement frei von Lotverbindungen ist, kommen insb. auch keine bleihaltigen Lote zum Einsatz.
In einer Ausgestaltung des SMD-lötbaren Bauelements handelt es sich bei dem SMD-lötbaren Bauelement um eine Überstromschutzeinrichtung, insb. eine Schmelzsicherung, mit einem Auslösestrom, wobei der vorgegebene Übergangswiderstand insb. derart eingestellt ist, dass der Auslösestrom der Überstromschutzeinrichtung zwischen 0,02 und 1 A ist.
In einer Ausgestaltung des SMD-lötbaren Bauelements weist das erste Kontaktelement ein erstes Metall und das zweite Kontaktelement ein zweites Metall auf, so dass eine durch das Erwärmen auf die Fügetemperatur verursachte mechanische Spannung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement vorliegt. Insbesondere weisen die Metalle einen voneinander verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Durch das Erwärmen auf die Fügetemperatur wird damit zum einen die bereits vorstehend erwähnt die erste und/oder zweite Verbindung verbessert, zum anderen wird die Empfindlichkeit der Überstromschutzeinrichtung erhöht da, ähnlich wie bei einem Bi-Metall Effekt, über die Erwärmung der beiden miteinander verbundenen Kontaktelemente eine mechanische Spannung zwischen diesen eingebracht wird. Hierdurch wird die Sensitivität der Überstromschutzeinrichtung erhöht und dadurch bspw. ein rascheres Auslösen bedingt, im Vergleich zu einer Überstromschutzeinrichtung ohne mechanische Spannung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement.
In einer Ausgestaltung des SMD-lötbaren Bauelements weist das SMD-lötbare Bauelement eine Abmessung von maximal 20 mm auf, und wobei insb. ein Abstand zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement kleiner als 15 mm ist.
In einer Ausgestaltung des SMD-lötbaren Bauelements handelt es sich bei dem Widerstandselement um ein in Windungen um einen elektrisch isolierenden Kern gewickelten Draht, wobei insb. der Draht einen Durchmesser kleiner als 50 pm (Mikrometer) aufweist, und wobei insb. der Draht mit einer Verzinnung beschichtet ist, dessen Aufschmelztemperatur größer als 225°C ist.
Vorteilhaft ist also die Fügetemperatur kleiner als 225°C, so dass es im Falle der Erwärmung auf die Fügetemperatur zu keiner Voralterung des Widerstandselements kommt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Elektronikeinheit mit einer Leiterplatte, wobei auf jeweils dafür vorgesehene Kontaktflächen auf der Oberfläche der Leiterplatte das erfindungsgemäßen SMD- lötbare Bauelement aufgelötet ist.
In einer Ausgestaltung der Elektronikeinheit ist die Elektronikeinheit für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgestaltet.
Derartige Elektronikeinheiten müssen sehr hohen Sicherheitsanforderungen hinsichtlich des Explosionsschutzes genügen. Beim Explosionsschutz geht es insb. darum, die Bildung von Funken sicher zu vermeiden oder zumindest sicherzustellen, dass ein im Fehlerfall entstandener Funken keine Auswirkungen auf die Umgebung hat. Hierfür sind in entsprechende Normen eine Reihe von dazugehörigen Schutzklassen definiert, insbesondere in der europäischen Norm IEC 600079-11 und/oder EN60079-11
Bspw. wird in der Schutzklasse mit dem Namen „Eigensicherheit“ (Ex-i) der Explosionsschutz dadurch erzielt, dass die Werte für eine elektrische Größe (Strom, Spannung, Leistung) zu jeder Zeit jeweils unterhalb eines jeweils vorgegebenen Grenzwertes liegen, damit auch im Fehlerfall kein Zündfunken erzeugt wird. In der weiteren Schutzklasse mit dem Namen „Erhöhte Sicherheit“ (Ex-e) wird der Explosionsschutz dadurch erzielt, dass die räumlichen Abstände zwischen zwei verschiedenen elektrischen Potentialen so groß sind, dass eine Funkenbildung auch im Fehlerfall aufgrund der Distanz nicht auftreten kann. In der weiteren Schutzklasse mit dem Namen „Druckfeste Kapselung“ (Ex-d) müssen Elektronikeinheiten, die gemäß dieser Schutzklasse ausgebildet sind, eine ausreichende mechanische Festigkeit bzw. Stabilität aufweisen.
Vergleichbare Schutzklassen sind in der amerikanischen Norm FM3610 und/oder der ANSI/UL60079-11 und/oder der kanadischen Norm CAN/CAS C22.2 No. 60079-11 definiert.
Das SMD-lötbare Bauelement, insbesondere die SMD-lötbare Überstromschutzeinrichtung, wird also bei einer für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgestalteten Elektronikeinheit verwendet. Insb. ist also die Elektronikeinheit gemäß einer Schutzklasse der vorstehend genannten Normen ausgestaltet. Hierbei ist die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Überstromschutzeinrichtung, von besonders großer Bedeutung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einer erfindungsgemäßen Elektronikeinheit.
Insbesondere handelt es sich also bei der Elektronikeinheit um eine Elektronikeinheit eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.
Es zeigen:
Fig 1 : Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements;
Fig. 2: Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements;
Fig. 3: Eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements;
Fig. 4: Eine Ausgestaltung eines Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einer Elektronikeinheit, die eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements aufweist. In Fig. 1 ist eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen SMD-lötbaren Bauelements 5 dargestellt. Dieses wird hergestellt, indem ein erstes Kontaktelement 2a und ein zweites Kontaktelement 2b miteinander verbunden werden, dessen Stirnflächen SF jeweils eine erste Anschlussfläche 3a und eine zweite Anschlussfläche 3b bilden.
Hierzu werden in einem ersten Verfahrensschritt A jeweils auf die erste Anschlussfläche 3a und die zweite Anschlussfläche 3b eine Vielzahl von Nanodrähten ND bereitgestellt, bspw. mittels eines lonenspurätzverfahrens oder eines weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zum Bereitstellen von Nanodrähten ND. Anschließend werden die beiden Anschlussflächen 3b in den Schritten B und C als einander zugewandt ausgerichtet und zusammengeführt, wodurch die auf der jeweiligen Anschlussfläche 3a, 3b aufgebrachten Nanodrähten ND eine formschlüssige Verbindung bilden. Mittels der formschlüssigen Verbindung zwischen den Nanodrähten ND wird eine elektrisch leitend erste Verbindung 4a zwischen der ersten Anschlussfläche 3a und der zweiten Anschlussfläche 3b hergestellt.
Vorteilhaft liegt im Rahmen der Erfindung durch das Herstellen der ersten Verbindung 4a ein vorgebbarer Übergangswiderstand zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b vor. Der vorgebbare Übergangswiderstand wird bspw. über die Dimension der ersten Anschlussfläche 3a und der zweiten Anschlussfläche 3b, einer Querschnittsfläche der Nanodrähte ND und/oder einer Länge der Nanodrähte ND und/oder einer Auswahl eines Materials für die Nanodrähte ND eingestellt. Hierzu kann die fachkundige Person entsprechende Versuchsreihen durchführen. Bevorzugt wird der vorgebbare Übergangswiderstand über die Querschnittsfläche der Nanodrähte ND und das Material für die Nanodrähte ND eingestellt. Das Vorliegen des vorgebbaren Übergangswiderstands zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b kann anschließend überprüft werden, bspw. indem eine konstante Spannung angelegt wird und der zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b fließende Strom gemessen wird, siehe Fig. 1 , letztes Bild.
In einer zu der in Fig 1 gezeigten alternativen Ausgestaltung wird zusätzlich zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b ein längliches Widerstandselement 1 bereitgestellt. Wie schon in Fig. 1 wird die erste Anschlussfläche 3a durch eine Stirnfläche SF des ersten Kontaktelements 2a gebildet. Das Widerstandselement 1 weist nun an einem ersten Endabschnitt 1a eine erste Stirnfläche SF auf, die die zweite Anschlussfläche 3b bildet. An einem dem ersten Endabschnitt 1a in Längsrichtung des länglichen Widerstandselements 1 gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 1b wird durch eine Stirnfläche SF eine dritte Anschlussfläche 3c gebildet. Diese ist bereits mit einer vierten Anschlussfläche 3d formschlüssig mittels einer elektrisch leitenden zweiten formschlüssigen Verbindung 4b zwischen dem zweiten Endabschnitt 1b und dem zweiten Kontaktelement 2b verbunden. Auch die elektrisch leitende zweite Verbindung 4b wird mittels einer Vielzahl von Nanodrähten ND hergestellt. Erst durch das Herstellen der ersten elektrisch leitenden Verbindung 4a sind das erste Kontaktelement 2a und das zweite Kontaktelement 2b miteinander mit dem vorgebbaren Übergangswiderstand miteinander elektrisch leitend verbunden.
Bei dem Herstellen der ersten Verbindung 4a und/oder der zweiten Verbindung 4b werden ggf. die jeweiligen Anschlussflächen 3a,3b;3c,3d mittels eines Drucks mit einer Anpresskraft gegeneinandergepresst.
Als zusätzlicher Verfahrensschritt zum dem Herstellen der ersten Verbindung 4a oder der ersten Verbindung 4a und der zweiten Verbindung 4b kann es noch von Vorteil sein, das SMD-lötbare Bauelement 5 abschließend auf eine Fügetemperatur FT zu erhitzen, vorzugsweise einer Fügetemperatur FT von zumindest 150°C, siehe wieder Fig. 1 , letztes Bild. Zum Erhitzen kann bspw. über die miteinander elektrisch verbundenen erste und zweite Kontaktelemente 2a, 2b eine elektrische Leistung eingebracht werden. Alternativ kann das SMD-lötbare Bauelement 5 in einem Ofen erhitzt werden.
In einer Ausgestaltung werden als Materialen für das erste Kontaktelement 2a und das zweite Kontaktelement 2b Metalle mit einem unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet. In diesem Fall wird vorteilhaft durch das das Erwärmen auf die Fügetemperatur FT zusätzlich eine mechanische Spannung zwischen dem ersten Kontaktelement 2a und dem zweiten Kontaktelement 2b. verursacht (Bi- Meta II- Effekt). Eine zusätzliche mechanische Spannung ist bspw. vorteilhaft, wenn das SMD-lötbare Bauelement 5 als eine Überstromschutzeinrichtung ausgebildet ist, da mittels einer zusätzlichen mechanischen Spannung deren Sensitivität und damit Auslösesicherheit erhöht werden kann.
In einer in Fig. 3 gezeigten dritten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Widerstandselement 1 um ein in Windungen um einen isolierenden Kern 9 gewickelten elektrisch leitenden Draht 8 mit einem Durchmesser von kleiner 50 pm (Mikrometer), wobei in Fig. 3 hier nur der erste Endabschnitt 1a des Widerstandselements 1und das damit verbundene erste Kontaktelement 2a dargestellt sind. Der Draht 8 ist mit einer als Verzinnung ausgestalteten Beschichtung 6 beschichtet.
Bei dem Kontaktelement 2a handelt es sich hier um eine becherförmige Endkappe mit einer bspw. rechteckigen oder runden Bodenfläche und einer innenliegenden Stirnfläche SF als erste Anschlussfläche 3a. Derartige becherförmige Kontaktelemente 2a, 2b werden bspw. bei der Herstellung von SMD-lötbaren Überstromschutzeinrichtungen verwendet, wobei die Überstromschutzeinrichtungen anhand des Übergangswiderstands und dadurch eingestellten Auslösestroms zwischen den Kontaktelementen 2a, 2b charakterisiert sind. Für den Fall eines Widerstandselements 1 mit einem gewickelten Draht 8 bewirkt ein Stromfluss auch immer ein induziertes Magnetfeld. Wie bei einem Induktionskocher kann die Erwärmung auf die Fügetemperatur FT hier auch mittels einer hochfrequenten Wechselstromschaltung erzeugt werden, welche an die miteinander elektrisch leitend verbundenen Kontaktelemente 2a, 2b angelegt wird und das SMD-lötbare Bauelement 5 erwärmende Wirbelströme erzeugt.
Bevorzugt ist die Fügetemperatur FT jedoch kleiner als eine Aufschmelztemperatur des Widerstandselements 1 , insbesondere dessen Beschichtung 6; im Falle einer Verzinnung also zumindest kleiner als 230°C. Aufgrund der beim Erwärmen verwendete Fügetemperatur FT von unter 230°C ist eine Voralterung des Drahts 8, insb. auch ein Aufschmelzen einer Beschichtung 6 des Drahts 8 und eine dadurch bedingte Bildung von Lotperlen zwischen bspw. benachbarten Windungen, wirksam verhindert.
Das SMD-lötbare Bauelement 5 mit dem vorgebbaren Übergangswiderstand zwischen seinen Kontaktelementen 2a, 2b ist anschließend mit den Kontaktelementen 2a, 2b auf dafür vorgesehene Kontaktflächen einer Leiterplatte 18 einer Elektronikeinheit 10 in einem SMD-Massenlötverfahren (bspw. einem Reflow-Löten) auflötbar. Das SMD-lötbare Bauelement 5 wird bevorzugt in einer Elektronikeinheit 10 eines Feldgeräts 11 der Automatisierungtechnik eingesetzt. Ein derartiges Feldgerät 11 der Automatisierungstechnik ist in Fig. 4 näher dargestellt. Das Feldgerät 11 weist eine, insbesondere zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehende Sensoreinheit 17 auf, welche der Erzeugung eines die Prozessgröße repräsentierenden, bspw. elektrischen und/oder elektronischen, Messsignals, dient.
Die in einem Transmittergehäuse 19 des Feldgeräts 11 angeordnete Elektronikeinheit 10 dient der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von der von der Sensoreinheit 17 erzeugten Messsignale. Typischerweise umfasst die Elektronikeinheit 10 zumindest eine Leiterplatte 18 mit darauf angeordneten Bauelementen. Auf der Leiterplatte 18 ist das erfindungsgemäße SMD-lötbare Bauelement 5 aufgelötet.
In der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung weist das Feldgerät 11 eine weitere, als Anzeige- /Eingabeeinheit ausgestaltete Elektronikeinheit 20 auf, mit einem darauf montierten (Touch-)Display. Das erfindungsgemäße SMD-lötbare Bauelement 5 kann selbstverständlich auch auf einer Leiterplatte der als Anzeige-/Eingabeeinheit ausgestalteten Elektronikeinheit 20 aufgelötet sein kann.
In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem SMD-lötbaren Bauelement 5 um die vorstehend genannten Überstromschutzeinrichtung (d.h. mit der vorstehend genannten Abmessung bzw. dem vorstehend genannten Auslösestrom), welche bei einem Feldgerät 11 eingesetzt wird, das für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgestaltet ist.
Bezugszeichen und Symbole
1 Widerstandselement
1a, 1b erster, zweiter Endabschnitt 2a, 2b erstes, zweites Kontaktelement
3a, 3b, 3c, 3d erste-vierte Anschlussfläche 4a, 4b erste, zweite Verbindung
5 SMD-lötbares Bauelement
6 Beschichtung 8 Draht
9 isolierender Kern
10 Elektronikeinheit 11 Feldgerät 17 Sensoreinheit 18 Leiterplatte
19 T ransmittergehäuse
20 Anzeige-/Eingabeeinheit
FT Fügetemperatur SF Stirnfläche ND Nanodrähte

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines SMD-lötbaren Bauelements (5), wobei das SMD-lötbare Bauelement (5) aufweist:
-ein erstes Kontaktelement (2a) und ein zweites Kontaktelement (2b), wobei das erste Kontaktelement (2a) und das zweite Kontaktelement (2b) zum Auflöten auf dafür vorgesehene Kontaktflächen auf eine Oberfläche einer Leiterplatte (18) vorgesehen sind,
-eine erste Anschlussfläche (3a) und eine zweite Anschlussfläche (3b), wobei die erste Anschlussfläche (3a) durch eine Stirnfläche (SF) des ersten Kontaktelements (2a) gebildet wird, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
A) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten (ND) auf der ersten Anschlussfläche (3a) und auf der zweiten Anschlussfläche (3b);
B) Ausrichten der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b) derart, dass die erste Anschlussfläche (3a) und die zweite Anschlussfläche (3b) einander zugewandt sind;
C) Zusammenführen der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b), bei dem die Vielzahl der Nanodrähte (ND) der ersten Anschlussfläche (3a) mit der Vielzahl der Nanodrähte (ND) der zweiten Anschlussfläche (3b) in Kontakt gebracht wird, wobei bei dem Zusammenführen eine nicht-lösbare elektrisch leitende erste Verbindung (4a) zwischen der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b) derart hergestellt wird, dass ein vorgebbarer Übergangswiderstand zwischen dem ersten Kontaktelement (2a) und dem zweiten Kontaktelement (2b) vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der vorgebbare Übergangswiderstand mittels der Dimension der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b), einer Querschnittsfläche der Nanodrähte (ND) und/oder einer Länge der Nanodrähte (ND), und/oder einer Auswahl eines Materials für die Nanodrähte (ND) eingestellt wird.
3. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Nanodrähte (ND) mittels eines lonenspurätzverfahrens auf der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b) bereitgestellt werden.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Nanodrähte (ND) derart auf die erste Anschlussfläche (3a) und die zweite Anschlussfläche (3b) aufgebracht werden, dass die Nanodrähte (ND) einseitig an der jeweiligen ersten Anschlussfläche (3a) oder zweiten Anschlussfläche (3b) angebracht sind und sich in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung zu der jeweiligen ersten Anschlussfläche (3a) oder zweiten Anschlussfläche (3b) erstrecken, und die Nanodrähte (ND) die jeweilige erste Anschlussfläche (3a) oder zweite Anschlussfläche (3b) im Wesentlichen flächig bedecken.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Anschlussfläche (3b) durch eine Stirnfläche (SF) des zweiten Kontaktelements (2b) gebildet wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, wobei ein längliches Widerstandselement (1) bereitgestellt wird, das einen ersten Endabschnitt (1a) und einen dem ersten Endabschnitt (1a) in Längsrichtung des Widerstandselement (1) im Wesentlichen gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt (1b) aufweist, wobei die zweite Anschlussfläche (3b) durch eine Stirnfläche (SF) des ersten Endabschnitts
(la) gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine dritte Anschlussfläche (3c) durch eine Stirnfläche (SF) des zweiten Kontaktelements (2b) und eine vierte Anschlussfläche (3d) durch eine Stirnfläche (SF) des zweiten Endabschnitts
(lb) gebildet wird, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
D) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten (ND) auf der dritten Anschlussfläche (3c) und auf der vierten Anschlussfläche (3d);
E) Ausrichten der dritten Anschlussfläche (3c) und der vierten Anschlussfläche (3d) derart, dass die dritte Anschlussfläche (3c) und die vierte Anschlussfläche (3d) einander zugewandt sind;
F) Zusammenführen der dritten Anschlussfläche (3c) und der vierten Anschlussfläche (3d), bei dem die Vielzahl der Nanodrähte (ND) der dritten Anschlussfläche (3c) mit der Vielzahl der Nanodrähte (ND) der vierten Anschlussfläche (3d) in Kontakt gebracht wird, wobei bei dem Zusammenführen eine nicht-lösbare elektrisch leitende zweite Verbindung (4b) hergestellt wird, zwischen der dritten Anschlussfläche (3c) und der vierten Anschlussfläche (3d).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schritte B) und C) nachfolgend zu den Schritten E) und F) durchgeführt werden oder wobei die Schritte B) und C) im Wesentlichen gleichzeitig zu den Schritten E) und F) durchgeführt werden.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem Herstellen der nicht-lösbaren ersten Verbindung (4a) die erste Verbindung (4a) auf eine Fügetemperatur (FT) erwärmt wird, und/oder wobei nach dem Herstellen der nicht-lösbaren zweiten Verbindung (4b) die zweite Verbindung (4b) auf eine Fügetemperatur (FT) erwärmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9 wobei die Fügetemperatur (FT) mehr als 150°C und/oder weniger als eine Aufschmelztemperatur des Widerstandselements (1), insb. einer Beschichtung (6) des Widerstandselements (1), beträgt.
11 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Fügetemperatur (FT) dadurch erreicht wird, dass zwischen dem ersten Kontaktelement (2a) und dem zweiten Kontaktelement (2b) eine Spannung angelegt wird, die einen zwischen dem ersten Kontaktelement (2a) und dem zweiten Kontaktelement (2b) fließenden elektrischen Strom verursacht.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Übergangswiderstand nach dem Zusammenführen der ersten Anschlussfläche (3a) und der zweiten Anschlussfläche (3b) in Schritt C) gemessen wird.
13. SMD-lötbares Bauelement (5), das nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist, wobei das SMD-lötbare Bauelement (5) bleifrei ist und wobei die Nanodrähte (ND) ein Metall, insb. Kupfer, Gold, Nickel, Silber, Zink, Zinn, Indium und/oder Platin, aufweisen.
14. SMD-lötbares Bauelement (5) nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem SMD-lötbaren Bauelement (5) um eine Überstromschutzeinrichtung, insb. eine Schmelzsicherung, mit einem Auslösestrom handelt, und wobei der vorgebbare Übergangswiderstand insb. derart eingestellt ist, dass der Auslösestrom der Überstromschutzeinrichtung zwischen 0,02 und 1 A ist.
15. SMD-lötbares Bauelement (5) nach Anspruch 14, wobei das erste Kontaktelement (2a) ein erstes Metall und das zweite Kontaktelement (2b) ein zweites Metall aufweist, so dass eine durch das Erwärmen auf die Fügetemperatur (FT) verursachte mechanische Spannung zwischen dem ersten Kontaktelement (2a) und dem zweiten Kontaktelement (2b) vorliegt.
16. SMD-lötbares Bauelement (5) nach Anspruch 13 bis 15, wobei das SMD-lötbare Bauelement (5) eine Abmessung von maximal 20 mm aufweist, und wobei insb. ein Abstand zwischen dem ersten Kontaktelement (2a) und dem zweiten Kontaktelement (2b) kleiner als 15 mm ist.
17. SMD-lötbares Bauelement (5) nach Anspruch 13 bis 16 wobei es sich bei dem
Widerstandselement (1) um ein in Windungen um einen elektrisch isolierenden Kern (9) gewickelten Draht (8) handelt, und wobei insb. der Draht (8) einen Durchmesser kleiner als 50 pm (Mikrometer) aufweist, und wobei insb. der Draht (8) mit einer als Verzinnung ausgestalteten Beschichtung (6) beschichtet ist, dessen Aufschmelztemperatur größer als 225°C ist.
18. Elektronikeinheit (10) mit einer Leiterplatte (18), wobei auf jeweils dafür vorgesehene Kontaktflächen auf der Oberfläche der Leiterplatte (18) das SMD-lötbare Bauelement (5) nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 17 aufgelötet ist.
19. Elektronikeinheit (10) nach Anspruch 18, wobei die Elektronikeinheit (10) für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgestaltet ist.
20. Feldgerät (11) der Automatisierungstechnik mit einer Elektronikeinheit (10) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche 18 bis 19.
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