經(jīng)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(fā)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(jīng)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(gè)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(kāi)的方式被設(shè)計(jì)并且設(shè)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(jīng)由第一接觸表面(11)和第二接觸表面(61)彼此連接的方式執(zhí)行焊接。還要求一種可經(jīng)由焊接與載體(6)連接的部件(1)。
【專利說(shuō)明】經(jīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(jīng)由焊接將部件連接到載體的方法。此外，本發(fā)明涉及具有經(jīng)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(shù)】
[0002]近代的測(cè)量器件具有大量的電子部件。通常這些電子部件經(jīng)由焊接連接到載體。大量部件到載體的連接經(jīng)常依靠幾個(gè)連接組件來(lái)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(jìn)焊接爐。在爐內(nèi)，焊料被熔化并因而產(chǎn)生部件和載體之間的連接。當(dāng)焊料熔化時(shí)，部件的自重和/或與部件的疊加有關(guān)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(jīng)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(gòu)造的影響，尤其是由溫度波動(dòng)造成的裂縫。裂縫減弱了連接的機(jī)械穩(wěn)定性并可引起部件從載體脫離。此外，由連接帶來(lái)的電接觸可能喪失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠在部件和載體之間經(jīng)由焊接實(shí)現(xiàn)可靠的且穩(wěn)定的連接的制造方法。更進(jìn)一步，提供一種部件，其經(jīng)由焊接能可靠地且穩(wěn)定地連接至載體。
[0005]關(guān)于方法，本發(fā)明通過(guò)特征實(shí)現(xiàn)，該特征包括至少一個(gè)隔離件，其以第一接觸表面和第二接觸表面彼此間隔開(kāi)的方式被實(shí)施并設(shè)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(jīng)由第一接觸表面和第二接觸表面彼此連接的方式執(zhí)行。
[0006]當(dāng)隔離件的直徑小于接觸表面的直徑時(shí)，兩個(gè)接觸表面經(jīng)由焊料彼此連接。在隔離件和接觸表面具有相同或至少實(shí)質(zhì)上相同的直徑的情況下，經(jīng)由隔離件產(chǎn)生連接。例如，焊料是軟焊料。特別是對(duì)于以陶瓷材料形式的載體，優(yōu)選地使用活性焊料。
[0007]在第一實(shí)施例中，隔離件由其熔點(diǎn)高于焊接中支配溫度的材料制造。在該實(shí)施例中，在焊接期間，隔離件至少實(shí)質(zhì)上保持其形狀。
[0008]在實(shí)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(shí)施例中，隔離件是螺栓形(bolt-shaped)。
[0010]另一個(gè)實(shí)施例提供設(shè)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(shí)質(zhì)上保持其形狀的方式進(jìn)行選擇。在有關(guān)的進(jìn)一步改進(jìn)中，焊料被施加在成型部上且在焊接期間熔化。從而這個(gè)實(shí)施例結(jié)合了兩種具有不同熔點(diǎn)的材料，其中在焊接中至少達(dá)到較低的熔點(diǎn)。
[0011]在實(shí)施例中，隔離件被實(shí)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(gè)接觸表面之間的連接。同時(shí)，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(shí)施例包括由延展性材料制造的成型部和/或隔離件。
[0013]在實(shí)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(shí)施例中，利用活性焊料執(zhí)行焊接。術(shù)語(yǔ)，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(gè)都包含氫化鈦?zhàn)鳛榛钚猿煞帧?br> [0015]進(jìn)一步，本發(fā)明涉及由包括在部件的第一接觸表面上形成至少一個(gè)隔離件的特征獲得的部件，該隔離件被實(shí)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(chǎn)生間隔。
[0016]在實(shí)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(shí)施例中，隔離件具有在100微米和300微米之間的高度。術(shù)語(yǔ)，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(yuǎn)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(shí)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(shí)施例中，隔離件的直徑總計(jì)在部件的第一接觸表面的直徑的10%和40%之間，優(yōu)選在15%和20%之間。優(yōu)選地,隔離件設(shè)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(gè)部件的電子組件和載體之間連接的連接元件。
[0021]本發(fā)明可應(yīng)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(shè)備通過(guò)多個(gè)螺栓形部件經(jīng)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(diǎn)同時(shí)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(dǎo)致傳感器元件和傳感器電子設(shè)備之間的彈性偏置連接。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]現(xiàn)將基于附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)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(xì)節(jié)圖；
[0024]圖2a示意性地、焊接前部件的有益結(jié)構(gòu)；
[0025]圖2b示意性地、焊接后圖2a的部件。

【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1示出本發(fā)明的部件1，其經(jīng)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(yōu)選地，至少接觸表面11是金屬。載體6是板或具有至少一個(gè)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(yōu)選地，載體6在第二接觸表面61的區(qū)域中是金屬化的。部件I優(yōu)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(shí)施為一件。特別地，常見(jiàn)的部件隨后也可配備有隔離件2，以便部件穩(wěn)定地連接至載體6。在實(shí)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(gè)最小距離優(yōu)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(shí)現(xiàn)。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(gè)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(gè)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(xiàn)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(fā)明的部件1，其裝備有成型部4，用于進(jìn)一步提高連接的穩(wěn)定性。成型部4由延展性材料構(gòu)成，例如軟焊料，并且設(shè)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?gòu)?qiáng)于涂層5的延展性。涂層5至少施加在成型部4面對(duì)接觸表面11、61的表面上。涂層5的厚度總計(jì)優(yōu)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(yōu)選大約200微米，且涂層厚度在20至50微米之間，優(yōu)選大約30微米。
[0030]成型部4和涂層5的材料優(yōu)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(diǎn)。如比成型部4的熔點(diǎn)和對(duì)應(yīng)于焊接工藝中所達(dá)到的焊接溫度低至少5-10°C，使得涂層5優(yōu)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(shí)施例中，尤其在成型部4由焊料構(gòu)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(kāi)始熔化。例如,成型部4的材料實(shí)質(zhì)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(shí)施為成型部。在具有兩種不同材料的實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)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(shè)有助焊劑(flux)。
[0032]沒(méi)有涂層5的實(shí)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(shí)施例提供了部件I在載體6上位于中心并進(jìn)行最佳定位的優(yōu)點(diǎn)。如果成型部4已經(jīng)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(duì)滑動(dòng)，從而獲得額外的穩(wěn)定性。
[0034]圖2b示出焊接后依照?qǐng)D2a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(yōu)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(chǎn)生特別穩(wěn)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(jìn)的穩(wěn)定性。
[0035]在實(shí)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(dú)部件，或者隔離件2是載體6的一部分。例如，隔離件2通過(guò)膠粘劑粘結(jié)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(wěn)定的連接。
[0036]在另外的實(shí)施例中(未示出)，成型部4用作隔離件2。優(yōu)選地，成型部4為盤狀，其中盤的直徑實(shí)質(zhì)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(guò)導(dǎo)電粘合劑，成型部4優(yōu)選固定于部件I或載體6。導(dǎo)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(dǎo)電的連接。隨后在后續(xù)焊接工藝中，分別產(chǎn)生到各自其它的接觸表面61、11的連接。對(duì)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(shí)施例中，成型部4可采用低熔點(diǎn)材料制造并且在焊接期間熔化，或采用高熔點(diǎn)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(jīng)由隔離件2連接部件I和載體6存在不同的可用選項(xiàng)。在每個(gè)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)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(jìn)一步改進(jìn)穩(wěn)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(shí)施為成型部4，尤其是作為焊料壓片。
[0038]附圖標(biāo)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(quán)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(jīng)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(gè)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(kāi)的方式被實(shí)施并且設(shè)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(jīng)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(zhí)行所述焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述隔離件(2)由熔點(diǎn)高于所述焊接中的支配溫度的材料制造。
3.如權(quán)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(quán)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(quán)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(shí)質(zhì)上保持其形狀的方式選擇所述成型部(4)的材料。
6.如權(quán)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(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于: 所述隔離件(2)被實(shí)施為成型部(4)。
8.如前述任一權(quán)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(quán)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(quán)利要求所述的方法，其特征在于: 采用活性焊料執(zhí)行所述焊接。
11.一種具有第一接觸表面(11)的部件(I)，用于經(jīng)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(gè)隔離件(2)，所述隔離件(2)被實(shí)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(chǎn)生間隔。
12.如權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求所述的部件，其特征在于: 所述隔離件(2)的直徑總計(jì)為所述部件(I)的第一接觸表面(11)的直徑的10%至 40%之間，優(yōu)選在15%至20%之間。
【文檔編號(hào)】H05K3/34GK104396354SQ201380031694
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)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(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司