用于在电子部件和基板之间的电压入连接的压入销的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在电子部件(3)和带有电接触孔(5)的基板(4)之间的电压入连接的压入销(1、2)。所述压入销(1、2)具有压入销头部(6)，该压入销头部具有至少与所述基板(4)的厚度(d)相匹配的压入头部长度(1K)。压入销腿部(7)在所述电子部件(3)和所述压入销头部(6)之间延伸。压入销凸缘(13)形成所述压入销腿部(7)和所述压入销头部(6)之间的过渡部并且具有锁止凸肩部(14)。所述压入销头部(6)涂覆有无铅的锡合金(15)的层(20)。至少所述具有锁止凸肩部(14)的压入销凸缘(13)具有电绝缘的涂层(16)。
【专利说明】用于在电子部件和基板之间的电压入连接的压入销
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在电子部件和带有电接触孔的基板之间的电压入连接的压入销。
【背景技术】
[0002]这种类型的压入销的压入区通常通过锡层覆盖，在被压入基板的喷镀有金属(金属化)的接触孔中时，该锡层形成低电阻的金属触点。锡含量超过90重量％的无铅的锡合金倾向于在形成线状的单晶晶须的情况下通过离子输送来减小机械应力。与此相关的风险是，线状的、几毫米长的晶须在基板上特别是在电子部件的邻近的接触区域之间引起短路，对于在车辆中的电子构件、例如ABS或ESP电路来说，该短路是不能接受的。然而，出于回收原因和环境压力的原因，特别是在越来越多地应被回收的车辆部件中也不可接受在压入销的锌涂层中的防止形成晶须的铅锡合金。
[0003]对此从文献DE1093097中已知一种用于防止锌层防止形成晶须的方法。在该方法中，在无铅的锡层沉积之后，将优选地由金组成的贵金属层沉积在几乎纯净的锡层上。其缺点不仅在于额外的、复杂的且由于贵金属的原因也变得昂贵的另一沉积步骤，而且当沉积层过厚时也会导致锡涂层的焊接能力的问题，特别是在已知的方法中在前面部分中没有建立压入销连接，在其中，50埃厚的金层可能被剥去并且可能是没有作用的，而且应实现带有锡涂层的接触销的部件的长期储存稳定性，该接触销在无应力地引入基板上的情况下应以无应力的方式被焊接。然而，通过压入销刚好可以省去熔焊在基板上的步骤。
[0004]此外，从文献JP2005252064A中已知用于柔性的电路板或柔性的扁平导体的连接件和插头，其中，对于该连接件，通过在电路板的接触面和平面地安装的扁平导体接头之间围绕摩擦焊接部注射液态树脂，可防止形成晶须，该树脂可以保护在衬底的铜联接端子和安装的扁平导体的锡层之间的平面连接区域。在该已知的连接件中，通过铜锡连接部的后续的树脂涂层，禁止锡层的晶须形成，然而由此不能防止在将电子部件的涂覆有锡的压入销压入基板的接触孔中之后形成晶须。
【发明内容】
[0005]通过本发明，提出一种用于在电子部件和带有电接触孔的基板之间的电压入连接的压入销。该压入销具有压入销头部，该压入销头部具有至少与基板的厚度相匹配的压入头部长度。压入销腿部在电子部件和压入销头部之间延伸。压入销凸缘形成压入销腿部和压入销头部之间的过渡部并且具有锁止凸肩部或者说压入销台肩部。压入销头部被涂覆有无铅的锡合金。至少所述具有锁止凸肩部的压入销凸缘具有电绝缘的涂层。
[0006]此外，电接触孔可被涂覆金属合金并且压入销头部的锡合金可在压入时与接触孔的金属合金形成材料连接方式的摩擦接合。在此，可产生通常由铜合金制成的接触孔的金属化部(铜合金在该区域中可涂有贵金属)与锡含量超过90重量％的无铅锡合金的集中的材料连接方式的接触，而不会出现长期的晶须形成的风险，根据本发明设置的带有锁止凸肩部的压入销凸缘特别地具有电绝缘的涂层，从而在设有锡层的压入销头部被压入之后在基板的上侧面上通过向外电绝缘的压入销凸缘保护整个接触孔以防晶须形成。
[0007]此外规定，不仅具有锁止凸肩部的压入销凸缘设有绝缘的涂层，而且附加地压入销凸缘的压入销腿部的至少一个下部的部分电绝缘地被涂覆。
[0008]这种类型的电绝缘的涂层可以是来自热固性塑料构成的组中的聚合物，该热固性塑料可以在相应的硬化温度时具有聚合物分子链的交联并且由此可靠地长期保护压入销防止晶须形成。设置在压入区之上的涂层可包括非导电性的钝化作用。该涂层例如可包括有机的钝化作用(0SP，“有机表面保护”)。
[0009]选择性地，可喷上、沉浸涂覆或涂上电绝缘的涂层，其中，至少锁止凸肩部和压入销头部凸缘选择性地设有电绝缘的涂层，然而超出这些区域的、可能也覆盖部分压入头部的涂层对于实际的压入过程来说也是无害的，因为在将压入销压入喷镀有金属的接触孔中时，剪切力剪切掉电绝缘涂层的多余部分并且使压入销头部的锡焊层露出用于在锡涂层和接触孔的金属化部之间的材料连接方式的摩擦接合。
[0010]无铅的锡合金涂层的锡含量[Sn]在90重量[Sn] ( 100重量％之间。在此，无铅的锡合金具有在5 ii m < dSn < 50 ii m之间的厚度dSn并且可电镀沉积地、沉浸涂覆地或者以物理方式施加。
[0011]相对地，电绝缘的涂层可实施成明显更薄并且具有0.m的最小涂层厚度dis。。虽然未设置上限，然而推荐的是，该绝缘涂层的厚度dis。在0.5 y m < diso < 50 y m之间，以确保在部件的多个压入销之间足够的间隙。
[0012]可通过以下方式建立有效率的电的压入连接，S卩，压入销的压入销头部被压入例如印刷电路板形式的基板的接触孔中并且在此产生气密的电连接，该电连接在相应地设计在压入销的压入销头部和接触孔之间的压配合的情况下可产生以上阐述的材料连接方式的金属的摩擦接合。此外可行的是，在压入销头部上设置柔性的压入区，所述压入区有针对性地具有弹性性能，使得机械力在压入期间主要由压入销头部自身吸收。
[0013]另一方面也可行的是，在压入销头部上设置实心的压入区，从而压入销头部不弹性地变形，然而锡合金涂层塑性地变形，并且力在压入期间主要被基板的接触孔吸收。
[0014]此外，带有实心的压入区的压入销头部的横截面构造成正方形或多边形，从而经由该横截面的实心棱边例如在圆形的金属接触孔中的压入可引起冷摩擦焊接。
[0015]本发明的优点
[0016]作为无焊接的连接技术，本发明提供了在多种应用情况中单纯的热焊接技术的有利替代方案。优点并不局限于可避免加热步骤如焊接过程，而是由于与无铅的锡涂层共同作用的压入销头部的造型或弹性，可实现在压入销头部的锡涂层和基板的接触孔的接触材料之间无接触电阻的电连接。此外，通过唯一的压入步骤可在没有后处理以及没有升高处理温度的情况下将一个部件的压入销的多个压入销头部相应地引入基板的预备的接触孔中。
[0017]通过已经施加在带有锁止凸肩部的压入销凸缘上的、电绝缘的涂层，实际上确保了这种类型的压入销连接的长期稳定性，因为禁止了线状的晶须形成。根据本发明的压入销的另一优点在于，现在还为例如在机动车辆ABS或ESP系统中的电子设备的安全性非常关键的应用情况确保了足够的长期稳定性，从而可省去至今为止不可或缺的含铅的焊接。[0018]此外，可省去与引入和施加用于抑制晶须生长的中间层、例如镍涂层、银涂层或金涂层相关的高成本。此外可保留作为晶须形成的原因的、也可在组件中的卡紧连接销和螺纹连接销中出现的且尤其在压入销中存在的机械应力，因为通过绝缘的涂层阻止了除机械应力之外晶须形成还额外需要的电子运输和离子运输。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]现在根据附图详细描述本发明的其它方面和优点。其中:
[0020]图1示出了根据本发明第一实施方式的压入销的压入销头部的示意图，
[0021]图2示出了根据本发明第二实施方式的压入销的压入销头部的示意图，
[0022]图3示出了一对根据图2的压入销以及一个电子部件的连接位置，
[0023]图4示出了多个根据图2的压入销以及多个用于电子部件的连接部的连接位置。
【具体实施方式】
[0024]图1示出了根据本发明第一实施方式的压入销I的压入销头部6的示意图。该压入销6具有长度Ik，该长度Ik与在图4中示出的基板的厚度相匹配。在图1的第一实施方式中，压入销6的顶端25具有在纵截面中椭圆形的形状，其在压配合的横截面中与在图4中示出的基板的喷镀有金属的接触孔相匹配。之后，该椭圆形的顶端过渡成具有多边形横截面的形状。实心的压入区21几乎在压入销头部6的整个长度Ik上延伸并且通过由锡合金15制成的层20覆盖，该层具有在5 μ m≤dSn≤50 μ m之间的厚度dSn并且具有在90重量％≤ [Sn] ≤ 100重量％之间的锡[Sn]含量。
[0025]压入销凸缘13联接到压入销头部6上，该压入销凸缘13通过锁止凸肩部或压入销台肩部14过渡到压入销腿部7中。在此，该压入销腿部7可具有任意横截面。决定性的是，借助于该锁止凸肩部14完全覆盖在基板中的接触孔，从而在将压入销I压入接触孔中时压入销I锁止在基板的上侧面上。为了避免从在应力下压入的锡合金15中大量出现(ausblilhen)线状的晶须，至少压入销凸缘13和锁止凸肩部14涂覆有厚度dis。在
0.5 μ m ≤ diso ≤ 50 μ m之间的由热固性塑料组成的电绝缘涂层16。
[0026]此外，在到压入销凸缘13的过渡部上在压入销头部6的压入销柄27上设置无锡的区域26，以为被剪切下的锡体积提供空间储备，而该锡体积不会从接触孔中被挤出。由此，同时保证，压入销凸缘与其凸肩部14和绝缘涂层16—起呈现出持续且长期地防止形成晶须的保护，或者说防止从接触孔中大量出现锡晶须。
[0027]在图1中示出了在具有多边形横截面的区域中带有实心压入区21的压入销头部6，该压入销头部可通过其实心的多边形棱边与接触孔的金属化部形成摩擦配合的金属连接，而在图2中示出了根据本发明第二实施方式的压入销2的压入销头部6的示意图。本发明的该第二实施方式与第一实施方式的区别在于压入销头部6具有柔性的压入区19，从而由压入头部6以及由此由压入销2自身吸收压入力并且避免了接触孔、进而避免了基板的变形。在图2中以相同的附图标记表示具有与图1中相同功能的部件并且不再额外进行解释。
[0028]此外在图2中示出，表示在压入销2的第二实施方式中的柔性压入区区域的点划线紧密地贴靠于压入销头部6的柔性轮廓上。此外，在压入销头部6的压入销柄27的区域中在从压入销头部6到压入销凸缘13的过渡部处设置有明显更大的用于收集被剪切下的锡合金15的储备空间。本发明的该第二实施方式的另一区别在于，该压入销头部的横截面几乎是圆形的并且在压入接触孔中时柔性地与接触孔的直径相适应，如在随后的图4中示出的那样。
[0029]图3示出了一对根据图2的压入销2以及一个电子部件3的连接位置22。在此，该对压入销2通过联接孔28被固定在电子部件3处的联接位置22中。两个压入销腿部7和8从具有连接位置22的电子部件3的位置引导到各自的压入销凸缘13，该压入销凸缘13通过该锁止凸肩部14防止压入销腿部7和8进入基板的接触孔中。通过一方面覆盖带有锁止凸肩部14的压入销凸缘13和在该实施方式中附加地使压入销腿部7和8的部分18电绝缘的电绝缘涂层16，可防止晶须形成。
[0030]图4示出了多个根据图2的压入销2以及多个用于电子部件3的连接部的连接位置22、23和24，在此部件3以双点划线示出。基板4具有喷镀有金属的接触孔5，该接触孔5在其内壁上具有金属合金17。此外，压入销头部6的长度Ik与基板4的厚度d相匹配。基板4自身由绝缘的电路板材料制成并且在其上侧或下侧具有由铜合金制成的导体电路，以通过压入销腿部7至12使电子部件3与其它部件相连接。在此，由于电子部件3的高电流需求，对于联接位置22、23或24成对地设置压入销腿部7和8、9和10、以及11和12。此夕卜，不仅带有锁止凸肩部14的压入凸缘13设有绝缘涂层16，而且与压入销凸缘13连接的压入销腿部7至12的部分18也设有绝缘涂层16。此外，通过该图4明显的是，在压入销柄27的区域中预留了很多的空间储备29，其可容纳在压入销头部6压入时由于剪切力剪断的锡体积，而不会朝向上侧面30的方向从接触孔5中挤出或者压出该锡体积。
[0031]如以上已经阐述的那样，压入销2的第二实施方式的压入头部6设计成，其在压入接触孔5中时弹性地且柔性地屈服。由此，由压入头部6直接承受压入力并且基板4以及基板4的接触孔5不会变形。
[0032]本发明不局限于这里描述的实施例以及其中强调的方面；相反地在由所附的权利要求书给出的范围之内可以有多种变型方案，其在本领域技术人员的处理范围之内。
【权利要求】
1.一种用于在电子部件(3)和带有电接触孔(5)的基板(4)之间的电压入连接的压入销，所述压入销具有: -压入销头部(6)，该压入销头部具有与所述基板(4)的厚度(d)相匹配的压入头部长度(Ik)， -压入销腿部(7)，该压入销腿部在所述电子部件(3)和所述压入销头部(6)之间延伸， -压入销凸缘(13)，该压入销凸缘形成所述压入销腿部(7)和所述压入销头部(6)之间的过渡部并且具有锁止凸肩部(14)， 其中，所述压入销头部(6)涂覆有无铅的锡合金(15)的层(20)，并且至少所述具有锁止凸肩部(14)的压入销凸缘(13)具有电绝缘的涂层(16)。
2.按照权利要求1所述的压入销，其中，所述接触孔(5)涂覆有金属合金(17)，并且所述压入销头部(6)的锡合金(15)与所述接触孔(5)的金属合金(17)形成材料连接形式的摩擦接合。
3.按照权利要求1或2所述的压入销，其中，所述电绝缘的涂层(16)从所述压入销凸缘(13)起覆盖所述压入销腿部(7)的至少一个部分(18)。
4.按照上述权利要求中任一项所述的压入销，其中，所述电绝缘的涂层(16)具有来自热固性塑料构成的组中的聚合物。
5.按照上述权利要求中任一项所述的压入销，其中，所述电绝缘的涂层(16)选择性地是喷上的、沉浸涂覆的或涂上的。
6.按照上述权利要求中任一项所述的压入销，其中，所述电绝缘的涂层(16)具有在0.5 μ m ≤ diso ≤ 50 μ m 之间的厚度 diso。
7.按照上述权利要求中任一项所述的压入销，其中，所述无铅的锡合金(15)具有在90重量[Sn] ( 100重量％之间的锡含量[Sn]。
8.按照上述权利要求中任一项所述的压入销，其中，由无铅的锡合金(15)组成的层(20)具有在5 μ m≤dSn≤50 μ m之间的厚度dSn并且是电镀沉积的、沉浸涂覆的或者以物理方式施加的。
9.按照上述权利要求中任一项所述的压入销，其中，所述压入销头(6)具有柔性的压入区(19)。
10.按照上述权利要求中任一项所述的压入销，其中，所述压入销头部(6)具有实心的压入区(21)。
【文档编号】H01R13/03GK103620872SQ201280030306
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年5月29日 优先权日:2011年6月21日
【发明者】M·莫泽 申请人:罗伯特·博世有限公司