DE3020640A1

DE3020640A1 - Schaltungsplatine mit loet- und schweissanschluessen

Info

Publication number: DE3020640A1
Application number: DE19803020640
Authority: DE
Inventors: Larry R Conley
Original assignee: Interconnection Tech Inc
Current assignee: Interconnection Tech Inc
Priority date: 1979-06-01
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1980-12-11
Also published as: FR2458203A1; GB2050067A; JPS5645097A; GB2050067B; US4242719A

Description

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S(JHAlJMHUItG, SCHULZ-I)OItLAM cV TIH)ENES ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

INTERCONNECTION TECHNOLOGY, INC.

1310 G Logan Avenue Costa Mesa, Kalifornien 92626 U.S.A.

KAHL-HElNZ ECHAUMBURG, Dipl.-Ing.

WCLFGANG SCHULZ-DORLAM Ingenieur dipiömo E.N.S.I. Grenoble DR. DIETER THOENES, Dlpl.-Phys.

I 7003 DE - SBrt

Schaltungsplatine mit Lot- und Schweißanschlüssen

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MAUERKIRCHERSTRASSE 31 D-800O MÜNCHEN 80 · TELEFON (089) 987897 und 987898 TELEX 5 22019 ESPAT D

— ο —

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsplatine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits bekannt, bei Schaltungsplatinen hoher Qualität eine Vielzahl von Anschlußfeldern vorzusehen und die Anschlußdrähte elektrischer Bauelemente in Bohrungen zu verlöten, die in den Anschlußfeldern vorgesehen sind, während die Beschaltung von Anschlußstellen der Anschlußfelder mit Leitungsdrähten durch Verschweißung geschieht. Hierbei können Stifte vorgesehen sein, die lötbar und auch schweißbar sind. Ein solcher Stift hat einen Edelstahlkörper mit einer darauf vorgesehenen Nickelschicht zur Aktivierung des Edelstahls und mit einer über der Nickelschicht vorgesehenen Goldschicht zur Verbesserung der Lötfähigkeit. Die Schichtdicken müssen sehr genau eingestellt sein, da der Stift bei einer zu dicken Beschichtung nicht mehr schweißbar ist, während er bei einer zu dünnen Beschichtung nicht mehr lötbar ist. Das Erfordernis einer sehr genauen Einstellung der Schichtdicke führt zu relativ hohen Herstellungskosten und verringerter Zuverlässigkeit der Platine im Betrieb. Ein weiteres Verfahren, das durch die US-PS 3 786 172 bekannt ist, sieht die Verwendung einer Platine mit Bohrungen vor, die mit einem lötbaren Material wie beispielsweise Kupfer plattiert sind. Dabei ist eine Plattierung eines schweißbaren Materials wie beispielsweise Edelstahl unter der Kupferschicht vorgesehen. Die Kupferschicht ist an bestimmten Stellen entfernt, um eine Beschaltung der Edelstahlschicht durch Widerstandsschweißung zu ermöglichen. Dieses Verfahren vermeidet zwar beschichtete Stifte genauer Abmessungen, hat aber den Nachteil, daß der starke Schweißstrom direkt durch die plattierten Löcher fließt, so daß diese manchmal beschädigt oder auch vollständig weggebrannt werden. Bei beiden vorbekannten

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Lösungen ist die Reparatur einer beschädigten Schweißstelle sehr schwierig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsplatine anzugeben, die einfach aufgebaut ist, so daß sie billig hergestellt und ggf. repariert werden kann, gleichzeitig aber ein sehr zuverlässig arbeitendes Produkt hoher Qualität ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Schaltungsplatine nach der Erfindung hat eine Plattierung oder Schicht eines lötbaren Materials wie Kupfer, die auf und in den Bohrungen einer Grundplatte vorgesehen ist und mehrere separate Anschlußfelder bildet, die mindestens zwei plattierte Durchbohrungen aufweisen. Ein Stift aus schweißbarem Material ist dann in einer dieser Durchbohrungen eines jeden Anschlußfeldes angeordnet und liegt in einem festen Preßsitz an der Schicht des lötbaren Materials an den Wänden der Durchbohrung an. Eine vollständige Schaltungsplatine kann dann aufgebaut werden, indem die Anschlußdrähte von Bauelementen in die freien Durchbohrungen ausgewählter Anschlußfelder eingesetzt und in diesen verlötet werden und Verbindungsleitungen an bestimmten Schweißstiften durch Punktschweißung befestigt werden. Die Schweißstifte bestehen vorzugsweise aus einem schweißbaren Material wie Edelstahl, an dem das Lötmittel nicht anhaftet, so daß die Anschlußdrähte der Bauelemente verlötet werden können, indem ein Lötmittel auf der gesamten Platine zur Einwirkung gebracht wird. Ein dazu geeignetes Verfahren ist beispielsweise das SchwallÖten. Hierbei werden die Schweißstifte dann nicht mit Lötmittel benetzt.

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Die Schweißstifte können mit einem Kopf versehen sein, der auf der Platine aufliegt. Ein Schaft ist dann durch die jeweilige Durchbohrung geführt und hat zwei Ringwülste. Ein vorderer Wulst, der beim Einsetzen des Stiftes als erster in die Durchbohrung gelangt, hat eine abgerundete Kontur, die als Glattungselement dient, welches die Durchbohrung beim Einsetzen des Schweißstiftes bearbeitet und glättet. Beide Ringwülste haben einen kreisrunden durchgehenden Umfang und erzeugen an der Wand der Durchbohrung einen gasdichten Sitz, so daß eine Korrosion am Anschlußfeld vermieden wird. Die lötbare Schicht auf der Platine kann aus lötbaren Material wie Kupfer bestehen, das mit einer Schicht eines schützenden, jedoch lötfähigen Materials versehen ist. Die Ringwülste an dem Schweißstift haben einen größeren Durchmesser als der größte Durchmesser der Lötschicht und der Innendurchmesser der Hauptkupferschicht, so daß beim Einsetzen des Schweißstiftes der vordere Ringwulst die Lötmittelschicht verschiebt und ein Preßsitz der Ringwülste direkt am Kupfer erzeugt wird. Dadurch wird eine Lockerung des Preßsitzes durch Schmelzen des Lötmittels bei der Schwallötung für die Bauelemente verhindert.

Die Schweißstifte können eingesetzt werden, indem sie auf die Platine gelegt werden und diese in Vibration versetzt wird. Es hat sich gezeigt, daß die Stifte bei Vibration der Platine auf ihrem schmalen Schaftende stehen, so daß eine große Anzahl Schweißstifte schnell in die Durchbohrungen fällt. Eine Maske kann vor der Vibration auf die Platine gelegt werden. Diese Maske hat Löcher, die auf die Durchbohrungen ausgerichtet werden, welche für die Stifte bestimmt sind. Dadurch wird das Einsetzen der Stifte wesentlich erleichtert. Nachdem die Stifte in die Durchbohrungen gefallen sind, können sie mit einer

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hydraulischen Presse vollständig eingepreßt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie der Herstellungsgang einer Platine werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Schaltungsplatine nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt der Platine nach Fig. 1, Fig. 3 den Schnitt 3-3 nach Fig. 2,

Fig. 4 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Herstellungsschritts für die Platine, bei dem die Schweißstifte eingesetzt werden,

Fig. 5 einen vereinfachten Schnitt eines weiteren Herstellungsschritts, bei dem Verbindungsdrähte mit den Schweißstiften nach deren Einsetzen verschweißt werden,

Fig. 6 eine vergrößerte Seitenansicht eines Schweißstifts,

Fig. 7 einen vergrößerten Teilschnitt der in Fig. 2 gezeigten Platine,

Fig. 8 einen Teilschnitt einer Schaltungsplatine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 9 den Schnitt 9-9 nach Fig. 8.

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Fig. 1 zeigt eine Schaltungsplatine 10 nach der Erfindung, die einen Schaltungsträger 12 aufweist. Dieser besteht aus einer isolierenden Grundplatte 14 und darauf angeordneten Leiterbahnen oder Anschlußfeldern 16. Elektrische Bauelemente 20 wie integrierte Schaltungen oder für solche Schaltungen vorgesehene Sockel oder ähnliche Elemente sind mit Anschlußdrähten 22 versehen, die an der Schaltungsplatine durch Löten befestigt sind. Jeder Anschlußdraht 22 ist durch eine Bohrung in der Grundplatte geführt und in dieser Bohrung verlötet. Ferner sind einige Anschlußfelder, beispielsweise die Anschlußfelder 16a und 16b, über Leiterdrähte 24 miteinander verbunden, die an den Anschlußfeldern verschweißt sind. Fig. 2 zeigt Einzelheiten zweier Anschlußfelder 16, die mit elektrischen Anschlußdrähten 22 eines Bauelements 20 sowie mit dem leitfähigen Kern eines Verbindungsdrahtes 24 beschaltet sind.

AllgemeineVerfahren zur Herstellung elektrischer Verbindungen sind Diffusionsbindung durch Widerstandsschweißung und das Löten. Diese Verfahren erfordern unterschiedliche Materialien. Das Löten erfordert üblicherweise ein Material relativ hoher chemischer Aktivität, damit seine Oberflächenoxide schnell durch ein Flußmittel wie beispielsweise Kolophonium entfernt werden können und das Lötmaterial anhaftet. Die Widerstandsschweißung erfordert allgemein Materialien mit einem gewissen elektrischen Widerstand, der die Erzeugung einer relativ starken Wärme durch elektrischen Stromfluß verursacht. Materialien wie Kupfer können leicht gelötet werden, aber sie werden nicht zuverlässig geschweißt, da sie eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit haben. Eine elektrische Ver^J bindung durch Schweißung kann mit einem Drahtmaterial hergestellt werden, das aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht und einen Widerstand hat, der etwa

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sechsmal größer als derjenige von Kupfer ist. Dieses Material wird dann mit einem Material noch höheren Widerstandes wie beispielsweise Edelstahl verschweißt, dessen Widerstand normalerweise etwa vierzigmal größer als derjenige von Kupfer ist. Reines Kupfer hat einen spezifischen Widerstand von 1,67 μΟΙιΐη cm, während Edelstahl 30 3 einen spezifischen Widerstand von ca. 70 μΟηιη cm hat. Das Widerstandsschweißmaterial sollte normalerweise einen Widerstand haben, der nicht mehr als eine Größenordnung höher als derjenige von Edelstahl ist, weil es andernfalls nicht leicht genug mit den üblichen Schweißdrähten wie Nickel verschweißt werden kann.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsplatine wird beispielsweise hergestellt, indem Bohrungen in die Grundplatte eingebracht werden und die Grundplatte 14 dann mit einer Schicht eines hoch leitfähigen und lötbaren Materials wie Kupfer plattiert wird. Die Plattierung wird nur in ausgewählten Bereichen oder insgesamt durchgeführt, und anschließend wird dann ggf. eine Ätzung zur Entfernung unerwünschter Bereiche durchgeführt, wonach sich dann die Anschlußfelder 16 ergeben. Jedes Anschlußfeld 16 hat elektrisch leitfähige Bohrungswände 30 und 32 sowie anschließende Bereiche 36 und 38, über die die Bohrungswände miteinander verbunden sind. Ein Anschlußdraht 22 eines Bauelements wird in einer der Bohrungen 40 mit einer Menge eines Lötmittels 42 fixiert, das an den Wänden der Bohrung 30 und an dem Anschlußdraht 22 anhaftet. Der Verbindungsdraht 2 4 wird an das Anschlußfeld 16 angeschlossen, indem zunächst ein Schweißstift 44 in eine entsprechende Durchbohrung 46 eingesetzt wird und dann eine Widerstandsschweißung an dem Schweißstift 44 erfolgt.

Wie in Fig. 6 und 7 im einzelnen dargestellt ist, hat jeder Schweißstift 44 einen Kopf 48, der größer als die

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Durchbohrung 46 ist und auf einer Fläche der lötfähigen Schicht aufliegt. Ferner hat er einen Schaft 50, der in die Durchbohrung eingesetzt wird. Der Schaft 50 hat zwei Ringwülste 52 und 54, die in Längsrichtung einen Abstand zueinander haben und zwischen sich eine Nut 56 bilden. Der Schaft 50 hat ferner einen hinteren Abschnitt

5 8 sowie einen vorderen Abschnitt 60 verringerten Durchmessers.

Zum besseren Verständnis des Einpassens eines Schweißstifts 4 4 in eine Durchbohrung 46 der Schaltungsplatine wird zunächst die Zusammensetzung einer typischen Plattierung 16P eines Anschlußfeldes 16 betrachtet. Die leitfähige Schicht oder Plattierung 16P kann aus einer Unterschicht 62 aus Kupfer gebildet sein, die mit einer Oberschicht 6 4 aus Lötmittel, beispielsweise aus einer Zinn-Blei-Zusammensetzung,versehen ist. Die Lötmittelschicht 64 schützt die Kupferfläche gegen Korrosion, welche innerhalb weniger Tage nach dem Aufbringen leicht eintreten könnte. Bei Schaltungsplatinen bekannter Art werden Kupferschichten von ca. 0,025 mm Dicke verwendet. Die Kupferschicht 62 bei einer Schaltungsplatine nach der Erfindung hat eine Dicke A von 0,05 mm. Diese größere Dicke ist insbesondere in der Durchbohrung 46 wünschenswert, um einen zuverlässigen Preßsitz zwischen dem Schweißstift und der Bohrungswand zu erzielen. Trotzdem können die Schaltungsplatinen nach der Erfindung auch mit anderen Dicken der elektrisch leitfähigen Schicht gefertigt werden. Die Lötmittelschicht

6 4 hat bei einem typischen Plattierungs- und Ätzverfahren der Schaltungsplatine eine Dicke von ca. 0,0125 mm, und diese Dicke entspricht etwa 10% des Wertes, wie er bei bisherigen Verfahren vorgesehen wird. Der Schweißstift ist so ausgebildet, daß die Ringwülste 52 und 54 direkt an der kupfernen Unterschicht 62 in einem Preßsitz anliegen,

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nicht aber an der Lötmittelschicht 64. Dies ist wünschenswerden, da beim Löten der Anschlußdrähte die Lötmittelschicht 64 schmilzt und ein an ihr erzeugter Kontaktdruck dann verringert würde.

Der vordere Ringwulst 54 ist mit einer abgerundeten Kontur versehen, um die Durchbohrung beim Einsetzen zu glätten. Der vordere Ringwulst 54 dient also nicht nur zur Entfernung der Lötmittelschicht 64a, die an der Bohrungswandung liegt, sondern auch zur Glättung der Kupferschicht 62a, die die Wand der Durchbohrung selbst bildet. Der vordere Ringwulst 5 4 verringert also Unregelmäßigkeiten der Kupferschicht und erzeugt dadurch eine größere Kontaktfläche an der Kupferschicht 62a. Außerdem wird die Durchbohrung durch ihn so bearbeitet, daß ein besserer Kontakt zwischen dem hinteren Ringwulst 52 und der Kupferschicht entsteht. Beide Ringwülste 52 und 5 4 sind mit glatter und kontinuierlicher Krümmung an dem Schweißstift 44 vorgesehen. Sie erzeugen einen gasdichten Sitz an der Bohrungswand. Eine solche Dichtung hält Gase fern, die zur Korrosion der Kupferschicht 62a im Kontaktbereich mit den Ringwülsten führen könnten. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des elektrischen Kontaktes auch langzeitig wesentlich verbessert. Die Nut 56 bewirkt eine Spannungsentlastung der Grundplatte Es hat sich gezeigt, daß beim Einsetzen vieler Schweißstifte 44 beispielsweise in eine Fiberglas-Kunstharzplatte ein Zerfall der Plattenstruktur auftritt, wenn die Schweißstifte keine Nut 56 haben. Die Ausbildung der Nuten 56 an den Schweißstiften 44 kann einen solchen Zerfall vermeiden. Die Schweißstifte 44 haben ferner bei 66 eine scharfe Abstufung, durch die sie an ihrer Position gehalten werden. Der vordere Abschnitt 60 des Schaftes 50 ist so lang, daß er aus der Grundplatte 14 hervorsteht, so daß beidseitig der Grundplatte 14 Vorsprünge vorgesehen

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sind, an denen elektrische Leitungsdrähte festgeschweißt werden können, indem beispielsweise eine Schweißdrahtelektrode aufgesetzt wird.

Bei einer größeren Anzahl hergestellter Schaltungsplatinen betrug der Durchmesser B der Durchbohrungen an der Innenseite der jeweiligen Kupferschicht ca. 0,9 mm. Die Schweißstifte 44 bestanden aus Edelstahl 308E. Der Ringwulst hatte einen Außendurchmesser C von 0,97 mm, wodurch ein Übermaß bezüglich der Kupferschicht 62a von 0,035 mm vorgegeben war. Die Kupferschicht in der Durchbohrung wird natürlich durch den ersten Ringwulst nicht nur leicht zusammengedrückt, sondern durch die Druckauswirkung auch nach außen verlagert. Der Umfang des ersten Ringwulstes hatte einen Krümmungsradius D von 0,7 mm, um eine Glättung und nicht ein unregelmäßiges Schaben an der Kupferwand der Durchbohrung zu gewährleisten. Der hintere Ringwulst 52 hatte einen Durchmesser E gleich dem Durchmesser C, jedoch kann er auch etwas größer bemessen sein. Die übereinstimmende Bemessung der Durchmesser der beiden Ringwülste 52 und 54 erleichtert die Herstellung der Schweißstifte durch Präzisionsdrehen. Der hintere Abschnitt 58 des Schweißstiftes 44 hatte einen Durchmesser F von 0,9 mm, so daß er etwa dem Durchmesser der Durchbohrung angepaßt war. Es hat sich gezeigt, daß nach dem Einsetzen des Schweißstiftes 44 eine Haltefestigkeit von etwa 9 kp vorlag. Ferner hat sich gezeigt, daß ein eingesetzter Schweißstift durch einen anderen, gleichartigen Schweißstift ersetzt werden konnte, wobei der zweite Schweißstift dann eine Haltefestigkeit von etwa 80% derjenigen des ersten hatte.

Das Erfordernis, zahlreiche Schweißstifte in Bohrungen der Schaltungsplatine einzusetzen, könnte die Herstellungs-

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kosten wesentlich erhöhen. Es hat sich jedoch gezeigt/ daß hierzu eine Vibrationseinrichtung verwendet werden kann, wie sie beispielsweise zur Förderung kleiner Teile längs eines Förderkanals eingesetzt wird. Wenn die Schweißstifte mit einem vergrößerten Kopf an einem Ende auf einer vibrierenden Fläche liegen, stellen sie sich so auf, daß ihre Schaftenden auf der Fläche stehen und die Köpfe der Fläche abgewandt sind. Fig. 4 zeigt ein Verfahren zum Einsetzen der Schweißstifte, bei dem die Schweißstifte 44 auf die Grundplatte 14 gelegt werden und dann eine Vibrationseinrichtung 70 auf die Grundplatte 40 einwirkt. Die Vibrationseinrichtung kann beispielsweise mit einer Frequenz von 60 oder 120 Hz bewegt werden, wozu sie mit der elektrischen Stromversorgung 72 verbunden sein kann. Die Schweißstifte 4 4 "tanzen" auf der vibrierenuen Fläche und fallen dann in die Durchbohrungen 46 hinein. Da die Schaltungsplatine nicht unbedingt eine glatte und regelmäßige Oberfläche hat, was auf die verschiedenen Anschlußfelder 16 zurückzuführen ist, kann es günstig sein, eine Maske 74 aus einer dünnen Kunststoffolie aufzulegen, die Löcher 76 hat, welche auf die Durchbohrungen 46 ausgerichtet sind. Es hat sich gezeigt, daß die Schweißstifte nach dem Auflegen auf die Maske 74, die ihrerseits auf der Grundplatte liegt, nach etwa 40 s der Vibration in die Durchbohrungen fallen. Die Schweißstifte fallen nur teilweise in die Durchbohrungen, und nach der Vibration kann die Grundplatte mit den teilweise eingesetzten Schweißstiften in eine Hydraulikpresse eingesetzt werden, mit der die Stifte vollständig in die Grundplatte eingedrückt werden, bis ihre Köpfe auf der leitfähigen Schicht aufliegen.

Eine Schaltungsplatine 10 der in Fig. 1 gezeigten Art kann hergestellt werden, indem zunächst die elektrisch leitfähige Schicht (Kupfer beschichtet mit Lötmittel) in separaten Anschlußfeldern auf der Plattenfläche und in den

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Durchbohrungen ausgebildet wird. Die Schweißstifte 44 können dann beispielsweise durch Anwendung des Vibrationsverfahrens und anschließendes Pressen eingesetzt werden. Die Anschlußdrähte der Bauelemente können dann in die Durchbohrungen eingesetzt werden. Sie werden dann beispielsweise durch Schwallöten verlötet, und hierbei wird das Lötmittel auf die gesamte Schaltungsplatine aufgebracht, so daß alle Anschlußdrähte schnell festgelötet werden. Da die Schweißstifte 44 aus einem das Lötmittel abstoßenden Material wie beispielsweise Edelstahl bestehen, werden sie nicht mit Lötmittel benetzt. Dies ist wichtig, da eine Lötmittelschicht das Verschweißen der Verbindungsdrähte an den Schweißstiften erschweren würde. Nachdem die elektrischen Bauelemente an ihren Positionen fixiert sind, kann der elektrische Verbindungsdraht 2 4 an ausgewählten Schweißstiften durch Punktschweißung befestigt werden. Fig. 5 zeigt ein typisches Punktschweißverfahren, bei dem zwei Elektroden 80 und 82 gegen die beiden Enden des Schweißstiftes 44 gedrückt werden, jedoch zwischen der Elektrode 80 und dem Schweißstift 44 ein elektrischer Verbindungsdraht 24 angeordnet ist. Dieser hat eine Isolierschicht beispielsweise aus Teflon und einen leitfähigen Kern aus einem leicht schweißbaren Material wie Nickel. Die Elektroden werden so fest angedrückt, daß die Isolation zerstört wird und der Kern 86 des Verbindungsdrahtes 24 die Elektrode 80 sowie die gegenüberstehende Stirnfläche des Schweißstiftes berührt. Ein Schweißstrom wird dann von einer Stromquelle 88 durch die Elektroden 80 und 82 sowie durch den Verbindungsdraht 24 und den Schweißstift geführt, wodurch der Verbindungsdraht 2 4 mit dem Schweißstift 44 verschweißt wird. Normalerweise ist es am leichtesten, die elektrischen Bauelemente, beispielsweise eine integrierte Schaltung 20, auf der einen Seite der Schaltungsplatine anzuordnen und die elektrischen Verbindungsdrähte

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auf der anderen Seite der Schaltungsplatine vorzusehen. In diesem Fall sollte das hintere Ende 30 (Fig. 2) des Schweißstiftes 44 eine weitgehend glatte und flache Stirnfläche haben, um das Anschweißen des Verbindungsdrahtes zu erleichtern. Es ist auch möglich, an der anderen Stirnfläche des Schweißstiftes 44 einen Verbindungsdraht zu verschweißen, wobei dieser sorgfältig um die Bauelemente herumgeführt wird. In diesem Fall sollte die Stirnfläche 92 des Schweißstiftes 44 am vorderen Ende des Schaftes weitgehend flach und glatt sein, um eine Widerstandsschweißung des Verbindungsdrahtes 24 zu ermöglichen. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Punktschweißverbindungen an einem Anschlußfeld 16 besteht darin, mehr als eine Durchbohrung in einem Anschlußfeld 16 für Schweißstifte vorzusehen, so ciaß mindestens zwei Schweißstifte mit Punktschweißungen versehen werden können.

Wenn eine größtmögliche Packungsdichte der Bauelemente sowie eine sehr zuverlässige Steckverbindung mit Anschlußdrähten für Bauelemente gewünscht ist, so kann ein sockelartiger Schweißstift verwendet werden, wie er in Fig. 8 bei 100 gezeigt ist. Der Schweißstift 100 ist ähnlich dem Schweißstift 44 nach Fig. 1 bis 7 ausgebildet, hat jedoch einen Aufnahmesockel 102 für einen Anschlußdraht 103. Eine Federklammer 104 aus federndem Material wie beispielsweise mit Nickel und Gold plattiertes Berylliumkupfer ist in den Sockel 102 eingepreßt. Der Anschlußdraht kann in die Federklammer 104 eingeschoben werden und wird dann durch Federkraft festgehalten. Der Schweißstift 100 kann eine etwas größere Länge als der ausschließlich für die Punktschweißung verwendete Schweißstift 44 haben, wodurch sich dann auch eine tiefere Sockelbohrung 102 ergibt. Der Verbindungsdraht 24 wird an dem Schaftende des Schweißstiftes bei 105 verschweißt. Die Schweißung wird

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vor dem Einsetzen eines Anschlußdrahtes in die Sockelbohrung 102 durchgeführt, wozu beispielsweise eine Vorrichtung der in Fig. 5 gezeigten Art verwendet wird. Hierbei liegt aber die den Verbindungsdraht führende Elektrode 80 an dem Schaftende des Schweißstiftes 100 an, während die andere Elektrode 82 so breit ist, daß sie gegen den Umfang 106 des Kopfes gedrückt werden kann, der die Sockelbohrung 102 umgibt. Ein Anschlußdraht eines Bauelementes wird dann in die Federklammer 104 eingeschoben. Das Anschlußfeld 108 auf der Platte 14 ist lediglich so groß ausgeführt, daß es die Bohrung 110 für den Schweißstift 100 aufnimmt, wobei die Kupferschicht in der Bohrung zur zuverlässigen Haltung des Schweißstiftes 100 in der Grundplatte 14 dient. Durch die Möglichkeit des Einsteckens des Anschlußdrahtes 103 in Längsrichtung des Schweißstiftes auf derselben Achse wie die Punktschweißung 105 innerhalb des Bereichs der Durchbohrung 110 ist eine sehr große Packungsdichte der Bauelemente möglich. Da jedes Anschlußfeld 108 nur so groß ist, daß es einen Schweißstift 100 aufnimmt, steht ein relativ großer Raum zwischen den einzelnen Reihen von Anschlußfeldern 108 sowie unterhalb der Bauelemente bzw. integrierten Schaltungen zur Verfügung, in dem Speiseleitungen und Masseleitungen geführt sein können. Solche Leitungen können auf die Schaltungsplatine nach dem Ätzverfahren aufgebracht sein, nachdem die Anschlußfelder ausgebildet wurden.

Die Erfindung führt somit zu einer Schaltungsplatine, die sich für Lot- und Schweißverbindungen eignet, eine hohe Betriebszuverlässigkeit hat und relativ billig herzustellen ist. Hierzu sind Schweißstifte in plattierten Durchbohrungen der Platine vorgesehen, die in einem Preßsitζ an den Bohrungswänden gehalten sind. Die

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Schweißstifte bestehen aus einem Material, an dem das Lötmittel nicht anhaftet, so daß sie vor einem Lötverfahren eingesetzt werden können, ohne daß sie mit Lötmittel benetzt werden. Die Schweißstifte können mit zwei Ringwülsten versehen sein, die einen Lötmittelfilm an einer Kupferunterschicht der Platine entfernen und zu einem direkten Kontakt mit der Kupferplattierung der Durchbohrung führen. Einer der Ringwülste kann als Bearbeitungswerkzeug dienen und hat eine abgerundete Kontur, die beim Einsetzen des Schweißstiftes neben einer Bearbeitung der Bohrungswand auch eine Gasdichtung bewirkt. Auch der darauf folgende Ringwulst erzeugt an der Kupferwand eine Gasdichtung. Die Schweißstifte haben an ihren einen Enden Köpfe und können durch Vibrationsbewegung der Schaltungsplatine in ihre Durchbohrungen eingeführt werden. Durch die Vibrationsbewegung stellen sich die Schweißstifte auf ihre Schaftenden und fallen dann in die Durchbohrungen hinein. Eine mit Löchern versehene Maske kann zum schnelleren Einsetzen der Schweißstifte auf die Schaltungsplatine aufgelegt werden.

Alle vorstehend beschriebenen Merkmale können einzeln oder in beliebiger Zusammenfassung erfindungswesentlich sein.

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Claims

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Patentansprüche

.' 1.1 Schaltungsplatine mit Lot- und Schweißanschlüssen, bestehend ^—' aus einer mit mehreren Bohrungen versehenen Grundplatte, auf der eine Schicht aus lötfähigem Material angeordnet ist, die mehrere separate Anschlußfelder bildet und in jedem Anschlußfeld mehrere Bohrungen auskleidet, dadurch gekennzeichnet, daß in mehrere Bohrungen (46) jeweils ein Stift (44) aus schweißfähigem Material eingesetzt ist und mit der jeweiligen Auskleidung (32) aus lötfähigem Material an der Bohrungswand in Verbindung steht, daß jeder Stift (44) mindestens ein zum Aufsetzen einer Schweißelektrode zwecks Anschweißen eines elektrischen Verbindungsdrahtes geeignetes Ende (90) aufweist und daß jedes Anschlußfeld (16) mindestens eine Bohrung (46) für einen Stift (44) und mindestens eine weitere Bohrung (40) zum Einsetzen und Verlöten eines Anschlußdrahtes (22) für ein elektrisches Bauelement (20) aufweist.
2. Schaltungsplatine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stift (44) mit seinen beiden Enden (90, 92) aus der Schaltungsplatine (14) herausragt und daß mindestens eines der beiden Enden (90, 92) eine flache und glatte Stirnfläche zum Anschweißen eines elektrischen Verbindungsdrahtes (24) mittels zweier Schweißelektroden (80, 82) aufweist, die gegen die beiden Enden (90, 92) gedrückt werden, wobei sich ein elektrischer Anschlußdraht (24) zwischen der einen Schweißelektrode (80) und dem einen Ende (90) des Stiftes (44) befindet.
3. Schaltungsplatine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stift (44) einen Kopf (48) mit gegenüber dem

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anderen Stiftende größeren Durchmesser hat und daß dieser Kopf (48) mit der flachen und glatten Stirnfläche versehen ist.
4. Schaltungsplatine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus lötfähigem Material eine kupferne Unterschicht (62) und eine Oberschicht (64) aus Lötmittel umfaßt und daß jeder Stift (44) mindestens einen Ringwulst (52, 54) aufweist, dessen Durchmesser so bemessen ist, daß er beim Einsetzen in die jeweilige Bohrung (46) die Oberschicht (64) , jedoch nicht die gesamte Unterschicht (62) entfernt, so daß sich ein direkter Kontakt zwischen dem Stift (44) und der Unterschicht (62) ergibt.
5. Schaltungsplatine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stift (44) außer einem an einem Ende vorgesehenen Kopf (48) zwei Ringwülste (52, 54) mit gegenseitigem Abstand aufweist, deren vorderer (54) eine abgerundete Außenkontur und deren hinterer (52) einen mit dem vorderen (54) mindestens übereinstimmenden Durchmesser aufweist, und daß beide Ringwülste (52, 54) eine glatte und kontinuierliche Umfangsflache aufweisen, die eine Gasdichtung an der die Bohrung (46) auskleidenden Schicht (62a) aus lötfähigem Material erzeugt.
6. Schaltungsplatine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (44) aus einem schweißbaren, jedoch Lötmittel abstoßenden Material besteht.
7. Schaltungsplatine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (44) aus Edelstahl besteht.

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8. Schweißstift für eine Schaltungsplatine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Stiftelement aus schweißfähigem Material mit einem Schaft (50) zum Einsetzen in eine Bohrung (46) der Schaltungsplatine (10) und einem gegenüber dem Schaft (50) größeren Kopf (48) sowie mit zwei Ringwülsten (52, 54), deren vorderer (54) eine kontinuierlich gekrümmte Außenkontur hat und deren hinterer (52) einen Durchmesser hat, der mindestens demjenigen des vorderen (54) entspricht.
9. Schweißstift nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine durch sein Kopfende eingeführte Senkbohrung (102) und durch eine in der Senkbohrung (102) angeordnete Federklammer (104) zur Haltung eines in die Senkbohrung (102) eingeschobenen Anschlußdrahtes (103) eines elektrischen Bauelements.
10. Schweißstift nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federklammer (104) in die Senkbohrung (102) zusammengedrückt eingesetzt ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in eine isolierende Grundplatte (14) mehrere Bohrungen (40, 46) eingebracht werden, daß auf der Grundplatte (14) mit einer Schicht eines lötfähigen Materials mehrere separate Anschlußfelder (16) ausgebildet werden, in denen jeweils mehrere Bohrungen (40, 46) angeordnet sind, die mit der Schicht des lötfähigen Materials ausgekleidet sind, wobei die Auskleidungen der Bohrungen (40, 46) eines jeden Anschlußfeldes (16) miteinander elektrisch verbunden sind, daß Stifte (44) eines schweißfähigen, jedoch Lötmittel abstoßenden Materials in vorbestimmte Bohrungen (46) der Anschlußfelder (16) eingesetzt werden, so daß jedes Anschlußfeld (16) mindestens eine Bohrung (46) mit einem

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3Q20S40

Stift (44) und mindestens eine Bohrung (40) ohne einen Stift (44) aufweist, daß die Anschlußdrähte (22) elektrischer Bauelemente in die stiftfreien Bohrungen (40) mehrerer Anschlußfelder (16) eingesetzt werden, daß ein Lötmittel auf alle Bohrungen (40, 46) aufgebracht wird, um die Anschlußdrähte (22) in ihren Bohrungen (40) zu verlöten, daß ein elektrischer Verbindungsdraht (24) mit mehreren Anschlußfeldern (16) verschweißt wird und daß die Stifte (44) in ihre jeweilige Bohrung (46) eingepreßt werden und als Schweißpunkte für die Befestigung des elektrischen Leitungsdrahtes (24) dienen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leitungsdraht (24) angeschweißt wird, indem zwei Widerstandsschweißelektroden (80, 82) an die beiden Enden eines Stiftes (44) angedrückt werden, wobei gleichzeitig der Leitungsdraht (24) zwischen einer (80) der Elektroden (80, 82) und dem Stift (44) angeordnet ist, und daß ein Schweißstrom über die Elektroden (80, 82), den Stift (44) und den Leitungsdraht (24) geführt wird, so daß eine elektrische Verbindung mit der die jeweilige Bohrung (46) eines Stiftes (44) auskleidenden Schicht eines lötfähigen Materials ohne Hindurchleitung eines Schweißstroms durch diese Schicht erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Kopf (48) versehenen Stifte (44) auf die Grundplatte (14) aufgelegt werden, daß die Grundplatte (14) dann in Vibration versetzt wird und daß die dadurch in ihre Bohrungen (46) eingeführten Stifte (44) anschließend in die Bohrungen (46) eingepreßt werden.

030050/0856