用于在電子部件和基板之間的電壓入連接的壓入銷的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在電子部件(3)和帶有電接觸孔(5)的基板(4)之間的電壓入連接的壓入銷(1、2)。所述壓入銷(1、2)具有壓入銷頭部(6)，該壓入銷頭部具有至少與所述基板(4)的厚度(d)相匹配的壓入頭部長度(1K)。壓入銷腿部(7)在所述電子部件(3)和所述壓入銷頭部(6)之間延伸。壓入銷凸緣(13)形成所述壓入銷腿部(7)和所述壓入銷頭部(6)之間的過渡部并且具有鎖止凸肩部(14)。所述壓入銷頭部(6)涂覆有無鉛的錫合金(15)的層(20)。至少所述具有鎖止凸肩部(14)的壓入銷凸緣(13)具有電絕緣的涂層(16)。
【專利說明】用于在電子部件和基板之間的電壓入連接的壓入銷
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在電子部件和帶有電接觸孔的基板之間的電壓入連接的壓入銷。
【背景技術(shù)】
[0002]這種類型的壓入銷的壓入?yún)^(qū)通常通過錫層覆蓋，在被壓入基板的噴鍍有金屬(金屬化)的接觸孔中時，該錫層形成低電阻的金屬觸點。錫含量超過90重量％的無鉛的錫合金傾向于在形成線狀的單晶晶須的情況下通過離子輸送來減小機械應(yīng)力。與此相關(guān)的風險是，線狀的、幾毫米長的晶須在基板上特別是在電子部件的鄰近的接觸區(qū)域之間引起短路，對于在車輛中的電子構(gòu)件、例如ABS或ESP電路來說，該短路是不能接受的。然而，出于回收原因和環(huán)境壓力的原因，特別是在越來越多地應(yīng)被回收的車輛部件中也不可接受在壓入銷的鋅涂層中的防止形成晶須的鉛錫合金。
[0003]對此從文獻DE1093097中已知一種用于防止鋅層防止形成晶須的方法。在該方法中，在無鉛的錫層沉積之后，將優(yōu)選地由金組成的貴金屬層沉積在幾乎純凈的錫層上。其缺點不僅在于額外的、復雜的且由于貴金屬的原因也變得昂貴的另一沉積步驟，而且當沉積層過厚時也會導致錫涂層的焊接能力的問題，特別是在已知的方法中在前面部分中沒有建立壓入銷連接，在其中，50埃厚的金層可能被剝?nèi)ゲ⑶铱赡苁菦]有作用的，而且應(yīng)實現(xiàn)帶有錫涂層的接觸銷的部件的長期儲存穩(wěn)定性，該接觸銷在無應(yīng)力地引入基板上的情況下應(yīng)以無應(yīng)力的方式被焊接。然而，通過壓入銷剛好可以省去熔焊在基板上的步驟。
[0004]此外，從文獻JP2005252064A中已知用于柔性的電路板或柔性的扁平導體的連接件和插頭，其中，對于該連接件，通過在電路板的接觸面和平面地安裝的扁平導體接頭之間圍繞摩擦焊接部注射液態(tài)樹脂，可防止形成晶須，該樹脂可以保護在襯底的銅聯(lián)接端子和安裝的扁平導體的錫層之間的平面連接區(qū)域。在該已知的連接件中，通過銅錫連接部的后續(xù)的樹脂涂層，禁止錫層的晶須形成，然而由此不能防止在將電子部件的涂覆有錫的壓入銷壓入基板的接觸孔中之后形成晶須。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]通過本發(fā)明，提出一種用于在電子部件和帶有電接觸孔的基板之間的電壓入連接的壓入銷。該壓入銷具有壓入銷頭部，該壓入銷頭部具有至少與基板的厚度相匹配的壓入頭部長度。壓入銷腿部在電子部件和壓入銷頭部之間延伸。壓入銷凸緣形成壓入銷腿部和壓入銷頭部之間的過渡部并且具有鎖止凸肩部或者說壓入銷臺肩部。壓入銷頭部被涂覆有無鉛的錫合金。至少所述具有鎖止凸肩部的壓入銷凸緣具有電絕緣的涂層。
[0006]此外，電接觸孔可被涂覆金屬合金并且壓入銷頭部的錫合金可在壓入時與接觸孔的金屬合金形成材料連接方式的摩擦接合。在此，可產(chǎn)生通常由銅合金制成的接觸孔的金屬化部(銅合金在該區(qū)域中可涂有貴金屬)與錫含量超過90重量％的無鉛錫合金的集中的材料連接方式的接觸，而不會出現(xiàn)長期的晶須形成的風險，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的帶有鎖止凸肩部的壓入銷凸緣特別地具有電絕緣的涂層，從而在設(shè)有錫層的壓入銷頭部被壓入之后在基板的上側(cè)面上通過向外電絕緣的壓入銷凸緣保護整個接觸孔以防晶須形成。
[0007]此外規(guī)定，不僅具有鎖止凸肩部的壓入銷凸緣設(shè)有絕緣的涂層，而且附加地壓入銷凸緣的壓入銷腿部的至少一個下部的部分電絕緣地被涂覆。
[0008]這種類型的電絕緣的涂層可以是來自熱固性塑料構(gòu)成的組中的聚合物，該熱固性塑料可以在相應(yīng)的硬化溫度時具有聚合物分子鏈的交聯(lián)并且由此可靠地長期保護壓入銷防止晶須形成。設(shè)置在壓入?yún)^(qū)之上的涂層可包括非導電性的鈍化作用。該涂層例如可包括有機的鈍化作用(0SP，“有機表面保護”)。
[0009]選擇性地，可噴上、沉浸涂覆或涂上電絕緣的涂層，其中，至少鎖止凸肩部和壓入銷頭部凸緣選擇性地設(shè)有電絕緣的涂層，然而超出這些區(qū)域的、可能也覆蓋部分壓入頭部的涂層對于實際的壓入過程來說也是無害的，因為在將壓入銷壓入噴鍍有金屬的接觸孔中時，剪切力剪切掉電絕緣涂層的多余部分并且使壓入銷頭部的錫焊層露出用于在錫涂層和接觸孔的金屬化部之間的材料連接方式的摩擦接合。
[0010]無鉛的錫合金涂層的錫含量[Sn]在90重量[Sn] ( 100重量％之間。在此，無鉛的錫合金具有在5 ii m < dSn < 50 ii m之間的厚度dSn并且可電鍍沉積地、沉浸涂覆地或者以物理方式施加。
[0011]相對地，電絕緣的涂層可實施成明顯更薄并且具有0.m的最小涂層厚度dis。。雖然未設(shè)置上限，然而推薦的是，該絕緣涂層的厚度dis。在0.5 y m < diso < 50 y m之間，以確保在部件的多個壓入銷之間足夠的間隙。
[0012]可通過以下方式建立有效率的電的壓入連接，S卩，壓入銷的壓入銷頭部被壓入例如印刷電路板形式的基板的接觸孔中并且在此產(chǎn)生氣密的電連接，該電連接在相應(yīng)地設(shè)計在壓入銷的壓入銷頭部和接觸孔之間的壓配合的情況下可產(chǎn)生以上闡述的材料連接方式的金屬的摩擦接合。此外可行的是，在壓入銷頭部上設(shè)置柔性的壓入?yún)^(qū)，所述壓入?yún)^(qū)有針對性地具有彈性性能，使得機械力在壓入期間主要由壓入銷頭部自身吸收。
[0013]另一方面也可行的是，在壓入銷頭部上設(shè)置實心的壓入?yún)^(qū)，從而壓入銷頭部不彈性地變形，然而錫合金涂層塑性地變形，并且力在壓入期間主要被基板的接觸孔吸收。
[0014]此外，帶有實心的壓入?yún)^(qū)的壓入銷頭部的橫截面構(gòu)造成正方形或多邊形，從而經(jīng)由該橫截面的實心棱邊例如在圓形的金屬接觸孔中的壓入可引起冷摩擦焊接。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點
[0016]作為無焊接的連接技術(shù)，本發(fā)明提供了在多種應(yīng)用情況中單純的熱焊接技術(shù)的有利替代方案。優(yōu)點并不局限于可避免加熱步驟如焊接過程，而是由于與無鉛的錫涂層共同作用的壓入銷頭部的造型或彈性，可實現(xiàn)在壓入銷頭部的錫涂層和基板的接觸孔的接觸材料之間無接觸電阻的電連接。此外，通過唯一的壓入步驟可在沒有后處理以及沒有升高處理溫度的情況下將一個部件的壓入銷的多個壓入銷頭部相應(yīng)地引入基板的預備的接觸孔中。
[0017]通過已經(jīng)施加在帶有鎖止凸肩部的壓入銷凸緣上的、電絕緣的涂層，實際上確保了這種類型的壓入銷連接的長期穩(wěn)定性，因為禁止了線狀的晶須形成。根據(jù)本發(fā)明的壓入銷的另一優(yōu)點在于，現(xiàn)在還為例如在機動車輛ABS或ESP系統(tǒng)中的電子設(shè)備的安全性非常關(guān)鍵的應(yīng)用情況確保了足夠的長期穩(wěn)定性，從而可省去至今為止不可或缺的含鉛的焊接。[0018]此外，可省去與引入和施加用于抑制晶須生長的中間層、例如鎳涂層、銀涂層或金涂層相關(guān)的高成本。此外可保留作為晶須形成的原因的、也可在組件中的卡緊連接銷和螺紋連接銷中出現(xiàn)的且尤其在壓入銷中存在的機械應(yīng)力，因為通過絕緣的涂層阻止了除機械應(yīng)力之外晶須形成還額外需要的電子運輸和離子運輸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細描述本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點。其中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的壓入銷的壓入銷頭部的示意圖，
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的壓入銷的壓入銷頭部的示意圖，
[0022]圖3示出了一對根據(jù)圖2的壓入銷以及一個電子部件的連接位置，
[0023]圖4示出了多個根據(jù)圖2的壓入銷以及多個用于電子部件的連接部的連接位置。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的壓入銷I的壓入銷頭部6的示意圖。該壓入銷6具有長度Ik，該長度Ik與在圖4中示出的基板的厚度相匹配。在圖1的第一實施方式中，壓入銷6的頂端25具有在縱截面中橢圓形的形狀，其在壓配合的橫截面中與在圖4中示出的基板的噴鍍有金屬的接觸孔相匹配。之后，該橢圓形的頂端過渡成具有多邊形橫截面的形狀。實心的壓入?yún)^(qū)21幾乎在壓入銷頭部6的整個長度Ik上延伸并且通過由錫合金15制成的層20覆蓋，該層具有在5 μ m≤dSn≤50 μ m之間的厚度dSn并且具有在90重量％≤ [Sn] ≤ 100重量％之間的錫[Sn]含量。
[0025]壓入銷凸緣13聯(lián)接到壓入銷頭部6上，該壓入銷凸緣13通過鎖止凸肩部或壓入銷臺肩部14過渡到壓入銷腿部7中。在此，該壓入銷腿部7可具有任意橫截面。決定性的是，借助于該鎖止凸肩部14完全覆蓋在基板中的接觸孔，從而在將壓入銷I壓入接觸孔中時壓入銷I鎖止在基板的上側(cè)面上。為了避免從在應(yīng)力下壓入的錫合金15中大量出現(xiàn)(ausblilhen)線狀的晶須，至少壓入銷凸緣13和鎖止凸肩部14涂覆有厚度dis。在
0.5 μ m ≤ diso ≤ 50 μ m之間的由熱固性塑料組成的電絕緣涂層16。
[0026]此外，在到壓入銷凸緣13的過渡部上在壓入銷頭部6的壓入銷柄27上設(shè)置無錫的區(qū)域26，以為被剪切下的錫體積提供空間儲備，而該錫體積不會從接觸孔中被擠出。由此，同時保證，壓入銷凸緣與其凸肩部14和絕緣涂層16—起呈現(xiàn)出持續(xù)且長期地防止形成晶須的保護，或者說防止從接觸孔中大量出現(xiàn)錫晶須。
[0027]在圖1中示出了在具有多邊形橫截面的區(qū)域中帶有實心壓入?yún)^(qū)21的壓入銷頭部6，該壓入銷頭部可通過其實心的多邊形棱邊與接觸孔的金屬化部形成摩擦配合的金屬連接，而在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的壓入銷2的壓入銷頭部6的示意圖。本發(fā)明的該第二實施方式與第一實施方式的區(qū)別在于壓入銷頭部6具有柔性的壓入?yún)^(qū)19，從而由壓入頭部6以及由此由壓入銷2自身吸收壓入力并且避免了接觸孔、進而避免了基板的變形。在圖2中以相同的附圖標記表示具有與圖1中相同功能的部件并且不再額外進行解釋。
[0028]此外在圖2中示出，表示在壓入銷2的第二實施方式中的柔性壓入?yún)^(qū)區(qū)域的點劃線緊密地貼靠于壓入銷頭部6的柔性輪廓上。此外，在壓入銷頭部6的壓入銷柄27的區(qū)域中在從壓入銷頭部6到壓入銷凸緣13的過渡部處設(shè)置有明顯更大的用于收集被剪切下的錫合金15的儲備空間。本發(fā)明的該第二實施方式的另一區(qū)別在于，該壓入銷頭部的橫截面幾乎是圓形的并且在壓入接觸孔中時柔性地與接觸孔的直徑相適應(yīng)，如在隨后的圖4中示出的那樣。
[0029]圖3示出了一對根據(jù)圖2的壓入銷2以及一個電子部件3的連接位置22。在此，該對壓入銷2通過聯(lián)接孔28被固定在電子部件3處的聯(lián)接位置22中。兩個壓入銷腿部7和8從具有連接位置22的電子部件3的位置引導到各自的壓入銷凸緣13，該壓入銷凸緣13通過該鎖止凸肩部14防止壓入銷腿部7和8進入基板的接觸孔中。通過一方面覆蓋帶有鎖止凸肩部14的壓入銷凸緣13和在該實施方式中附加地使壓入銷腿部7和8的部分18電絕緣的電絕緣涂層16，可防止晶須形成。
[0030]圖4示出了多個根據(jù)圖2的壓入銷2以及多個用于電子部件3的連接部的連接位置22、23和24，在此部件3以雙點劃線示出?；?具有噴鍍有金屬的接觸孔5，該接觸孔5在其內(nèi)壁上具有金屬合金17。此外，壓入銷頭部6的長度Ik與基板4的厚度d相匹配。基板4自身由絕緣的電路板材料制成并且在其上側(cè)或下側(cè)具有由銅合金制成的導體電路，以通過壓入銷腿部7至12使電子部件3與其它部件相連接。在此，由于電子部件3的高電流需求，對于聯(lián)接位置22、23或24成對地設(shè)置壓入銷腿部7和8、9和10、以及11和12。此夕卜，不僅帶有鎖止凸肩部14的壓入凸緣13設(shè)有絕緣涂層16，而且與壓入銷凸緣13連接的壓入銷腿部7至12的部分18也設(shè)有絕緣涂層16。此外，通過該圖4明顯的是，在壓入銷柄27的區(qū)域中預留了很多的空間儲備29，其可容納在壓入銷頭部6壓入時由于剪切力剪斷的錫體積，而不會朝向上側(cè)面30的方向從接觸孔5中擠出或者壓出該錫體積。
[0031]如以上已經(jīng)闡述的那樣，壓入銷2的第二實施方式的壓入頭部6設(shè)計成，其在壓入接觸孔5中時彈性地且柔性地屈服。由此，由壓入頭部6直接承受壓入力并且基板4以及基板4的接觸孔5不會變形。
[0032]本發(fā)明不局限于這里描述的實施例以及其中強調(diào)的方面；相反地在由所附的權(quán)利要求書給出的范圍之內(nèi)可以有多種變型方案，其在本領(lǐng)域技術(shù)人員的處理范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在電子部件(3)和帶有電接觸孔(5)的基板(4)之間的電壓入連接的壓入銷，所述壓入銷具有: -壓入銷頭部(6)，該壓入銷頭部具有與所述基板(4)的厚度(d)相匹配的壓入頭部長度(Ik)， -壓入銷腿部(7)，該壓入銷腿部在所述電子部件(3)和所述壓入銷頭部(6)之間延伸， -壓入銷凸緣(13)，該壓入銷凸緣形成所述壓入銷腿部(7)和所述壓入銷頭部(6)之間的過渡部并且具有鎖止凸肩部(14)， 其中，所述壓入銷頭部(6)涂覆有無鉛的錫合金(15)的層(20)，并且至少所述具有鎖止凸肩部(14)的壓入銷凸緣(13)具有電絕緣的涂層(16)。
2.按照權(quán)利要求1所述的壓入銷，其中，所述接觸孔(5)涂覆有金屬合金(17)，并且所述壓入銷頭部(6)的錫合金(15)與所述接觸孔(5)的金屬合金(17)形成材料連接形式的摩擦接合。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的壓入銷，其中，所述電絕緣的涂層(16)從所述壓入銷凸緣(13)起覆蓋所述壓入銷腿部(7)的至少一個部分(18)。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的壓入銷，其中，所述電絕緣的涂層(16)具有來自熱固性塑料構(gòu)成的組中的聚合物。
5.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的壓入銷，其中，所述電絕緣的涂層(16)選擇性地是噴上的、沉浸涂覆的或涂上的。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的壓入銷，其中，所述電絕緣的涂層(16)具有在0.5 μ m ≤ diso ≤ 50 μ m 之間的厚度 diso。
7.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的壓入銷，其中，所述無鉛的錫合金(15)具有在90重量[Sn] ( 100重量％之間的錫含量[Sn]。
8.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的壓入銷，其中，由無鉛的錫合金(15)組成的層(20)具有在5 μ m≤dSn≤50 μ m之間的厚度dSn并且是電鍍沉積的、沉浸涂覆的或者以物理方式施加的。
9.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的壓入銷，其中，所述壓入銷頭(6)具有柔性的壓入?yún)^(qū)(19)。
10.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的壓入銷，其中，所述壓入銷頭部(6)具有實心的壓入?yún)^(qū)(21)。
【文檔編號】H01R13/03GK103620872SQ201280030306
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月21日
【發(fā)明者】M·莫澤 申請人:羅伯特·博世有限公司