經由焊接將部件連接到載體的方法以及連接到載體的部件的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種在部件上的第一接觸表面(11)和載體(6)上的第二接觸表面(61)之間，經由焊接將部件(1)連接至載體(6)的方法。該方法的特征在于，至少一個隔離件(2)以第一接觸表面(11)和第二接觸表面(61)彼此間隔開的方式被設計并且設置在第一接觸表面(11)和第二接觸表面(61)之間，以及以部件(1)和載體(6)經由第一接觸表面(11)和第二接觸表面(61)彼此連接的方式執行焊接。還要求一種可經由焊接與載體(6)連接的部件(1)。
【專利說明】經由焊接將部件連接到載體的方法以及連接到載體的部件
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種在部件的第一接觸表面和載體的第二接觸表面之間經由焊接將部件連接到載體的方法。此外，本發明涉及具有經由焊接與載體的第二接觸表面連接的第一接觸表面的部件。
【背景技術】
[0002]近代的測量器件具有大量的電子部件。通常這些電子部件經由焊接連接到載體。大量部件到載體的連接經常依靠幾個連接組件來完成，例如以螺栓形(bolt-shaped)部件的形式。
[0003]通常，為了制造焊接連接，在載體上施加焊料，將要連接的部件疊加至焊料上并將這樣組裝的載體裝進焊接爐。在爐內，焊料被熔化并因而產生部件和載體之間的連接。當焊料熔化時，部件的自重和/或與部件的疊加有關的壓力引起部件下沉，使得在部件和載體之間幾乎不留任何空隙。部件之下經常僅保留非常薄的、幾微米厚的焊料層。這樣的連接容易受到裂縫構造的影響，尤其是由溫度波動造成的裂縫。裂縫減弱了連接的機械穩定性并可引起部件從載體脫離。此外，由連接帶來的電接觸可能喪失。
【發明內容】
[0004]本發明的一個目的是提供一種能夠在部件和載體之間經由焊接實現可靠的且穩定的連接的制造方法。更進一步，提供一種部件，其經由焊接能可靠地且穩定地連接至載體。
[0005]關于方法，本發明通過特征實現，該特征包括至少一個隔離件，其以第一接觸表面和第二接觸表面彼此間隔開的方式被實施并設置在第一接觸表面和第二接觸表面之間，以及焊接以部件和載體經由第一接觸表面和第二接觸表面彼此連接的方式執行。
[0006]當隔離件的直徑小于接觸表面的直徑時，兩個接觸表面經由焊料彼此連接。在隔離件和接觸表面具有相同或至少實質上相同的直徑的情況下，經由隔離件產生連接。例如，焊料是軟焊料。特別是對于以陶瓷材料形式的載體，優選地使用活性焊料。
[0007]在第一實施例中，隔離件由其熔點高于焊接中支配溫度的材料制造。在該實施例中，在焊接期間，隔離件至少實質上保持其形狀。
[0008]在實施例中，隔離件形成在部件上。特別地，隔離件可是具有接觸表面的部件的至少一部分或部件的一件(one-piece)。
[0009]在另外的實施例中，隔離件是螺栓形(bolt-shaped)。
[0010]另一個實施例提供設置在螺栓形隔離件上的成型部，其中成型部的高度至少等于隔離件的高度，并且其中成型部的材料以在焊接中成型部至少實質上保持其形狀的方式進行選擇。在有關的進一步改進中，焊料被施加在成型部上且在焊接期間熔化。從而這個實施例結合了兩種具有不同熔點的材料，其中在焊接中至少達到較低的熔點。
[0011]在實施例中，隔離件被實施為成型部。例如，隔離件是焊料壓片(solderpreform)。在焊接期間，焊料壓片可熔化或至少其表面可熔化，以便制造兩個接觸表面之間的連接。同時，在焊接前焊料壓片在接觸表面之間保持一間隔，并確保在焊接后一定厚度的焊料層存在。
[0012]實施例包括由延展性材料制造的成型部和/或隔離件。
[0013]在實施例中，部件被連接至陶瓷載體。例如，載體材料為氧化鋁陶瓷。
[0014]在實施例中，利用活性焊料執行焊接。術語，活性焊料，意指包含活性成分的焊料。例如，活性焊料是銀銅合金或銀銅鎳合金，每個都包含氫化鈦作為活性成分。
[0015]進一步，本發明涉及由包括在部件的第一接觸表面上形成至少一個隔離件的特征獲得的部件，該隔離件被實施成在部件的第一接觸表面和載體的第二接觸表面之間產生間隔。
[0016]在實施例中，部件和隔離件由金屬或金屬合金制造。
[0017]在部件的實施例中，隔離件具有在100微米和300微米之間的高度。術語，隔離件的高度，涉及沿著垂直于第一接觸表面延伸的軸的尺寸。該高度給出了隔離件從第一接觸表面突出多遠并定義了在與載體連接的情況下，第一接觸表面離載體的第二接觸表面的最小間隔。
[0018]在部件的實施例中，隔離件的直徑小于部件的第一接觸表面的直徑。
[0019]在實施例中，隔離件的直徑總計在部件的第一接觸表面的直徑的10%和40%之間，優選在15%和20%之間。優選地,隔離件設置在第一接觸表面的中心。
[0020]部件可以是例如電子部件或用于建立電子部件和載體或包括多個部件的電子組件和載體之間連接的連接元件。
[0021]本發明可應用于例如壓力傳感器的制造中，其中，在這種情況下，安裝在電路板上的傳感器電子設備通過多個螺栓形部件經由焊接連接至陶瓷的、壓力敏感的傳感器元件。金屬或金屬化的螺栓形部件和焊料接點同時還提供了傳感器元件的電接觸。隔離件確保彈性元件保留在螺栓形部件和傳感器元件之間，使得導致傳感器元件和傳感器電子設備之間的彈性偏置連接。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]現將基于附圖，更詳細地描述本發明，其附圖如下所示:
[0023]圖1部件和載體之間焊接的示意性細節圖；
[0024]圖2a示意性地、焊接前部件的有益結構；
[0025]圖2b示意性地、焊接后圖2a的部件。
【具體實施方式】
[0026]圖1示出本發明的部件1，其經由焊接連接到載體6。部件I包括用于與載體6連接的第一接觸表面11。優選地，至少接觸表面11是金屬。載體6是板或具有至少一個二維截面的主體，該二維截面用作第二接觸表面61。載體6由例如合成材料、玻璃或陶瓷制造。優選地，載體6在第二接觸表面61的區域中是金屬化的。部件I優選由金屬或金屬合金制造，例如鉭。
[0027]隔離件2形成在部件I的接觸表面11上。隔離件2由至少部分可延展的材料制造。例如，隔離件2由金屬或金屬合金組成。隔離件2可與部件I固定地連接，例如依靠焊接(welding)，或也可與部件I 一起被實施為一件。特別地，常見的部件隨后也可配備有隔離件2，以便部件穩定地連接至載體6。在實施例的所示示例中，隔離件2具有螺栓形(bolt-shape)。然而,其它形式同樣是合適的。隔離件2的高度定義第一接觸表面11離載體6的最小距離。這個最小距離優選地在0.1mm和0.3mm之間。
[0028]為了連接部件I和載體6，焊料3，例如以焊料膏形式，被施加在第二接觸表面61上，且部件I以部件I的第一接觸表面11放置在載體6的第二接觸表面61的上方的方式，層疊在載體6上。在陶瓷載體6的情況下，焊接也可依靠活性焊料實現。陶瓷載體6由例如氧化鋁制造。合適的活性焊料為，例如具有氫化鈦添加劑的銀和銅合金，或銀、銅和鎳合金，尤其是Ag72Cu28+12%氫化鈦或Ag56Cu42Ni3+8%氫化鈦。隔離件2保持兩個接觸表面11、61之間的間隔。該間隔至少等于隔離件2的高度。隨后，加熱這個部件的組件，例如將組裝的載體6裝載到焊接爐。焊料3熔化并填充第一接觸表面11和第二接觸表面61之間由于螺栓形(bolt-shaped)隔離件2而出現的中間空間，使得第一接觸表面11變成與第二接觸表面61連接。隔離件2保證彈性元件保持在部件I下。
[0029]圖2a示出本發明的部件1，其裝備有成型部4，用于進一步提高連接的穩定性。成型部4由延展性材料構成，例如軟焊料，并且設有同樣的延展性的涂層5，例如以焊料膏形式。這種情況下，成型部4的延展性至少強于涂層5的延展性。涂層5至少施加在成型部4面對接觸表面11、61的表面上。涂層5的厚度總計優選為成型部的高度的10%至20%之間。例如，成型部4高在100至300微米之間，優選大約200微米，且涂層厚度在20至50微米之間，優選大約30微米。
[0030]成型部4和涂層5的材料優選不同。在此情況下，和成型部4相比，涂層5具有更低的熔點。如比成型部4的熔點和對應于焊接工藝中所達到的焊接溫度低至少5-10°C，使得涂層5優選完全熔化。成型部4的熔化溫度為高于焊接溫度，使得成型部4在焊接工藝期間不熔化。在實施例中，尤其在成型部4由焊料構成的情況下，成型部4的熔化溫度可能也低，使得至少成型部4的表面開始熔化。例如,成型部4的材料實質上是PbSn5。成型部4的涂層5例如是SnAgCu。
[0031]替代涂層5，第二種材料可以也被實施為成型部。在具有兩種不同材料的實施例中，實質是，除成型部4之外，僅存在第二種材料，尤其是焊料，其在較低溫度下熔化并保證部件I和成型部4之間以及成型部4與載體6之間的固定連接。在焊接工藝前，成型部4、成型部4的涂層5和/或第二接觸表面61可以設有助焊劑(flux)。
[0032]沒有涂層5的實施例同樣是可能的。在這種情況下，成型部4的材料和焊接溫度以分別彼此匹配方式選擇，使得成型部4熔化或至少部分熔化，從而保證部件I的第一接觸表面11和載體6的第二接觸表面61之間的連接。
[0033]成型部4也可疊加或固定于載體6的第二接觸表面61上。隨后，具有形成的隔離件2的部件I以隔離件2嚙合在成型部4中的方式疊加到載體6上。這樣的實施例提供了部件I在載體6上位于中心并進行最佳定位的優點。如果成型部4已經固定連接到載體6，則由于部件I和焊料4在傳送到焊接爐期間不能彼此相對滑動，從而獲得額外的穩定性。
[0034]圖2b示出焊接后依照圖2a的具有成型部4的部件I和載體6。被涂覆的成型部4、5的尺寸以具有涂層5的成型部4的高度至少稍微大于隔離件2的高度的方式選擇。這樣，確保了在焊接中焊料還位于隔離件2下。在成型部4的涂層5熔化期間，涂層5的一部分流到隔離件2下方，使得形成優選貫穿覆蓋第二接觸表面61的焊料層。這樣，在部件I和載體6間產生特別穩定的接觸。成型部4和涂層5在載體6和部件I之間形成彈性的或延展性的元件，并提供了載體6和部件I之間連接的改進的穩定性。
[0035]在實施例中(未示出)，部件I不具有隔離件2。因而，在焊接工藝前，隔離件2或是位于載體6和部件I之間的單獨部件，或者隔離件2是載體6的一部分。例如，隔離件2通過膠粘劑粘結于或焊接于第二接觸表面61。隨后，用于連接部件I和載體6的焊料可以任意形式存在，例如，作為膏或成型部，用于制造可靠并穩定的連接。
[0036]在另外的實施例中(未示出)，成型部4用作隔離件2。優選地，成型部4為盤狀，其中盤的直徑實質上等于部件I的第一接觸表面11的直徑。為了確保焊接的正確定位，例如，通過導電粘合劑，成型部4優選固定于部件I或載體6。導電粘合劑分別在第一接觸表面11、第二接觸表面61和成型部4之間提供固定的以及導電的連接。隨后在后續焊接工藝中，分別產生到各自其它的接觸表面61、11的連接。對這此有利地是，成型部4的暴露的橫向表面涂覆有焊料膏，其在焊接中熔化并分別在成型部4和載體6、部件I之間制造連接。在該實施例中，成型部4可采用低熔點材料制造并且在焊接期間熔化，或采用高熔點材料，使得其在焊接工藝中不熔化或僅部分熔化。在這種情況下，始終要確保成型部4的至少一部分在焊接工藝后位于部件I和載體6之間作為彈性的或延展性的元件。
[0037]經由隔離件2連接部件I和載體6存在不同的可用選項。在每個情況中隔離件2用作部件I和載體6之間的彈性元件，并實現穩定連接。隔離件2可以是部件I的一部分，載體6的一部分或自足性(self-sufficient)部件。為了進一步改進穩定性，可在隔離件2上放置分別圍繞隔離件2的額外的成型部4，尤其是焊料壓片(solder preform)。此外，隔離件2可被實施為成型部4，尤其是作為焊料壓片。
[0038]附圖標記列表:
[0039]I 部件
[0040]11 第一接觸表面
[0041]2 隔離件
[0042]3 焊料
[0043]4 成型部
[0044]5 涂層
[0045]6 載體
[0046]61 第二接觸表面
【權利要求】
1.一種在部件的第一接觸表面(11)和載體￠)的第二接觸表面￠1)之間，經由焊接將所述部件(I)連接到所述載體￠)的方法，其特征在于: 至少一個隔離件(2)以所述第一接觸表面(11)和所述第二接觸表面(61)彼此間隔開的方式被實施并且設置在所述第一接觸表面(11)和所述第二接觸表面￠1)之間，以及以所述部件(I)和所述載體(6)經由所述第一接觸表面(11)和所述第二接觸表面(61)彼此連接的方式執行所述焊接。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于: 所述隔離件(2)由熔點高于所述焊接中的支配溫度的材料制造。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于: 所述隔離件(2)被形成在所述部件(I)上。
4.如前述權利要求所述的方法，其特征在于: 所述隔離件(2)是螺栓形。
5.如前述權利要求所述的方法，其特征在于: 成型部(4)被布置在所述螺栓形隔離件(2)上，其中，所述成型部(4)的高度至少等于所述隔離件(2)的高度，并且其中，以所述成型部(4)在所述焊接中至少實質上保持其形狀的方式選擇所述成型部(4)的材料。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于: 焊料(5)被施加在所述成型部(4)上，并在所述焊接期間熔化。
7.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于: 所述隔離件(2)被實施為成型部(4)。
8.如前述任一權利要求所述的方法，其特征在于: 所述成型部⑷和/或所述隔離件⑵由延展性材料制造。
9.如前述任一權利要求所述的方法，其特征在于: 所述部件(I)與陶瓷載體(6)連接。
10.如前述任一權利要求所述的方法，其特征在于: 采用活性焊料執行所述焊接。
11.一種具有第一接觸表面(11)的部件(I)，用于經由焊接連接至載體￠)的第二接觸表面(61)，其特征在于: 在所述部件(I)的第一接觸表面(11)上形成至少一個隔離件(2)，所述隔離件(2)被實施成在所述部件(I)的第一接觸表面(11)和所述載體(6)的第二接觸表面￠1)之間產生間隔。
12.如權利要求11所述的部件，其特征在于: 所述部件(I)和所述隔離件(2)由金屬或金屬合金制造。
13.如權利要求11或12所述的部件，其特征在于: 所述隔離件(2)具有100微米至300微米之間的高度。
14.如權利要求11-13任一所述的部件，其特征在于: 所述隔離件⑵的直徑小于所述部件⑴的第一接觸表面(11)的直徑。
15.如前述權利要求所述的部件，其特征在于: 所述隔離件(2)的直徑總計為所述部件(I)的第一接觸表面(11)的直徑的10%至 40%之間，優選在15%至20%之間。
【文檔編號】H05K3/34GK104396354SQ201380031694
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2012年6月19日
【發明者】安德烈亞斯·羅斯貝格, 埃爾克·施密特, 迪特馬爾·比格爾 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司