Forum: Platinen Wolfram-Mikrodrähte auf Platine bringen


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von Jemin K. (jkam)


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Für eine Forschunsanwendung muss ich mehrere Dutzend haardünne (30 µm) 
Wolframdrähte auf einer Platine befestigen. Die Drähte sind leider noch 
dazu mit Polyimid isoliert. Aktuell läuft es so, dass die Drähte durch 
Vias gesteckt werden, und von der anderen Seite ein konischer Keil ins 
Via gedrückt wird. Dieser zerquetscht die Isolierung und drück den Draht 
in die Goldbeschichtung. Die Methode ist höchst zuverlässig, aber extrem 
aufwendig und teuer. Die kleinen Keile sind 1,5 mm lang, um die 300 µm 
dick, also sehr teuer in der Herstellung (CNC gedreht!) und extrem 
fummelig. Pro Platine sind es ca. 60-70 Drähte, durchstecken und Keil 
einfädeln etc. dauert locker 45 s pro Kontakt. Die Kontakte auf der 
Platine sind sehr eng, Pitch ca. 0,75 mm.

Ich habe schon oft über Lösungen nachgedacht, habe aber nie eine 
wirklich bessere Alternative gefunden. Deshalb wollte ich mal fragen, ob 
nicht jemand eine clevere Idee hat. Hier sind ein paar offensichtliche, 
die aber an Details scheitern:

- Leitfähiges Epoxy: nicht zuverlässig, Härtung dauert zu lang und 
Drähte bröseln wieder raus. Wolfram bildet ja eine Oxidschicht, kann 
also sein, dass die winzige offene Fläche am Ende des Drahtes einfach 
einen zu schlechten Kontakt gibt. Abisolierung ist nie gelungen, da 
entweder der Draht dabei zerstört  geschmolzen  verbrannt / verkohlt 
wird, oder er am Ende eben noch eine Restisolierung hat. Es fehlt auch 
die mechanische Fixierung bis das Epoxy hart ist, gibt also riesiges 
Chaos.

- Löten: Oberflächenspannung der Drähte verhindert ein Eintauchen ins 
Lot, Oxidschicht verhindert Kontakt

- Laser-Schweißen: Draht verdampft, kein Kontakt.

- Wire-Bonding: Draht ist ja nicht im Bond-Tool, sondern kommt von einem 
Sensor, Wolfram eignet sich nicht fürs Bonding, Oberflächenbehandlung 
ist schwer möglich weil isoliert.

Würde mich freuen, wenn jemand eine kreative Idee hat!

von Wf88 (wf88)


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Jemin K. schrieb:
> Abisolierung ist nie gelungen, da
> entweder der Draht dabei zerstört  geschmolzen  verbrannt / verkohlt
> wird, oder er am Ende eben noch eine Restisolierung hat.
>
> - Löten: Oberflächenspannung der Drähte verhindert ein Eintauchen ins
> Lot, Oxidschicht verhindert Kontakt

WIE genau hast du versucht zu löten? Wie hast du versucht abzuisolieren, 
sodass am Ende der Draht verbrannt ist?

Lötbad, Wolfram frisch abschneiden, 1-2mm tief eintauchen und "am Rand 
schaben", bis das erste Zinn an der Spitze bindet. Viel Flussmittel.

Statt Lötbad tut's auch ein dicker Tropfen Zinn an der Lötspitze, dauert 
aber ungleich länger damit.

von Sebastian R. (sebastian_r569)


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Ultraschallschweißen vielleicht?
Draht auf's Via, einen kleinen Deckel drauf und den mit dem Via als 
Sandwich ultraschallverschweißen. Gibt zumindest Hersteller, die Kupfer 
und Alu ultraschallverschweißen können.

von Thomas W. (goaty)


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Google schreibt was von Neusilber. Vielleicht geht das als 
Kontaktmaterial.

von Michael B. (laberkopp)


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Jemin K. schrieb:
> teuer. Die kleinen Keile sind 1,5 mm lang, um die 300 µm dick, also sehr
> teuer in der Herstellung (CNC gedreht!)

Billiger: ätzen. einen 0.3mm Kupferdraht langsam tiefer in Säure stecken 
und er bekommt eine Spitze.

Da kann man 100 auf ein Mal machen.

von Jemin K. (jkam)


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>ätzen
Das ist ja wirklich mal eine super Idee! Danke. Löst natürlich nicht das 
Problem der ewigen Friemelei mit den Drähten.

-Löten:
Mechanisch abisolieren ist schwierig. So ziemlich alles was das PI vom 
Wolfram kratzt, zerstört auch gleich den Draht. Chemisch ist es inert. 
Anderes Problem beim Löten ist, dass sich die Drähte meist schnell im 
Lot lösen, wenn man zB Platin statt Wolfram nimmt, was man zumindest ins 
Lot drücken kann.

von Harald K. (kirnbichler)


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Jemin K. schrieb:
> Mechanisch abisolieren ist schwierig.

Wenn das "Keilquetschen" genügt, könnte ja auch funktionieren, eine 
feine Hohlniete (wie für Durchkontaktierungen verwendet) zu nehmen und 
die mit einer Zange o.ä. zu quetschen. Das Resultat sollte man dann 
problemlos verlöten können.

von Helmut -. (dc3yc)


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Wie wird denn die andere Seite des Wolframdrahts verarbeitet? Muss ja 
auch irgendwie gemacht werden. Hersteller fragen!

von Gerhard H. (ghf)


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Jemin K. schrieb:

> - Leitfähiges Epoxy: nicht zuverlässig, Härtung dauert zu lang und
> Drähte bröseln wieder raus. Wolfram bildet ja eine Oxidschicht, kann
> also sein, dass die winzige offene Fläche am Ende des Drahtes einfach
> einen zu schlechten Kontakt gibt. Abisolierung ist nie gelungen, da
> entweder der Draht dabei zerstört  geschmolzen  verbrannt / verkohlt
> wird, oder er am Ende eben noch eine Restisolierung hat. Es fehlt auch

Wie schaffst Du das, Wolfram in einer Platinenumgebung zum Schmelzen
zu bringen?

Google/WIKI:
Wolfram ist die beste Wahl, wenn es um die Hitzebeständigkeit geht: es 
hat mit 3422 °C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle.

Gruß, Gerhard

: Bearbeitet durch User
von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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Dient eine Forschung nicht genau dazu, etwas heraus zu finden,
ohne dass man etwas vorgekaut bekommt?

wie auch immer, man muss wohl das Oxyd entfernen
und dafür sorgen, dass danach kein neues entsteht.
Dann könnt man auch löten.

Bei Alu klappt das auch. Sogar ohne Speziallot.

von Harald W. (wilhelms)


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Gerhard H. schrieb:

> Wolfram ist die beste Wahl, wenn es um die Hitzebeständigkeit geht: es
> hat mit 3422 °C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle.

M.E. sollte da ein Abisolieren mit Feuerzeug klappen. Eine
solche Flamme erreicht etwa 1000°. Damit dürfte das Epoxid
verbrennen und das Wolfran noch nicht schmelzen.

von Sebastian W. (wangnick)


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Harald W. schrieb:
> Damit dürfte das Epoxid
> verbrennen

Epoxid? Welches Epoxid?

LG, Sebastian

von Harald W. (wilhelms)


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Sebastian W. schrieb:

>> Damit dürfte das Epoxid
>> verbrennen
>
> Epoxid? Welches Epoxid?

Entschuldigung, Polyimid. Das hat zwar einen höheren Schmelzpunkt,
wird aber vielleicht trotzdem bei 1000° verbrennen.

von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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der hohe Schmelzpunkt bedeutet nicht,
dass der Draht schon weit darunter brennen kann.

von Gerhard H. (ghf)


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Wenn das Metall nicht schmilzt dann wird der Sauerstoff
ensthafte Probleme haben in den Draht zu kommen.
Da stört sich die Oxydschicht selbst.

von H. H. (Gast)


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Gerhard H. schrieb:
> Wenn das Metall nicht schmilzt dann wird der Sauerstoff
> ensthafte Probleme haben in den Draht zu kommen.
> Da stört sich die Oxydschicht selbst.

Stahlwolle brennt unterhalb des Schmelzpunkts.

von Uli S. (uli12us)


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Eine konzentrierte Säure greift das Oxid an, ohne das Grundmaterial auch 
gleich aufzulösen. Danach gleich verlöten.

von H. H. (Gast)


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Uli S. schrieb:
> Eine konzentrierte Säure greift das Oxid an,

Nicht bei Wolfram.

von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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Hmmm...
Warum musste man dann wohl
 den Glühfaden in einen Glaskolben stecken, um eine brauchbare Lampe zu 
bekommen?
Im Schutzgas schmilzt der Draht nicht, ohne brennt er weg

von Daniel D. (danielduese)


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Helmut -. schrieb:
> Wie wird denn die andere Seite des Wolframdrahts verarbeitet? Muss ja
> auch irgendwie gemacht werden. Hersteller fragen!

Der arbeitet vermutlich in einer sauerstoffarmen Umgebung

von Michael B. (laberkopp)


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●DesIntegrator ●. schrieb:
> Warum musste man dann wohl
> den Glühfaden in einen Glaskolben stecken, um eine brauchbare Lampe zu
> bekommen?

Weil im Vakuum die fehlende Konvektion den Draht bei gleicher Leistung 
heißer werden lasst ?

Krypton und Halogen kamen erst später.

von Stefan S. (ssw)


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Hallo Zusammen.

Gegenfrage - weshalb Wolframdrähte ?
Was können die denn mehr als andere Materialien an der Stelle ?

Viele Grüße,
Stefan

von Daniel D. (danielduese)


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> extrem fummelig

Kommt auf die Hilfsmittel an würde ich meinen. Geeignete Lupe und 
Pinzette, Draht 2mm vor Ende anpacken und durch stecken und viel Länge 
nachschieben.

Die Keile viel länger machen und an der Platine später abknipsen.

: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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Warum ausgerechnet Wolfram als Draht, was ist der Hintergrund?
Ansonsten, den Wolframdraht galvanisch oberflächenveredeln. Dann muß 
aber das Polyimid zuvor runter. Nickel als neutrale Sperrschicht, 
(eventuell als chemisch Nickel aufbringen) und auf die Nickelschicht 
dann was, was sich gut löten lässt. Kupfer/Silber oder Gold...
Plattierungen aus mehreren Schichten sind u.a. bei Kontaktfedern 
durchaus üblich.
Ich hab zwar mal ein paar Jahre in einer Galvanik gearbeitet, aber mit 
Wolfram hatte ich noch nichts zu tun. Ist halt doch etwas exotisch. Mal 
ne Galvanikbude anfragen, am besten jemand, der auch Leiterplatten 
fertigt, vielleicht haben die die passende Idee.
den blanken Wolframdraht mit Palladiumlösung aktivieren, wie bei den 
Leiterplatten-DuKos und dann verkupfern, könnte auch funktionieren.

von Ralf X. (ralf0815)


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Gerald B. schrieb:
> den Wolframdraht galvanisch oberflächenveredeln. Dann muß
> aber das Polyimid zuvor runter. Nickel als neutrale Sperrschicht,
> (eventuell als chemisch Nickel aufbringen) und auf die Nickelschicht
> dann was, was sich gut löten lässt. Kupfer/Silber oder Gold...
> Plattierungen aus mehreren Schichten
> ....l.
> den blanken Wolframdraht mit Palladiumlösung aktivieren, wie bei den
> Leiterplatten-DuKos und dann verkupfern

Und Du glaubst, dass Du damit schneller bist?

Jemin K. schrieb:
> dauert locker 45 s pro Kontakt.

von Achim H. (anymouse)


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Kann man die Wolfram-Drähte anders konfektionieren? Also irgend ein 
Steckkontakt, und auf der Platine gibt es das entsprechende Gegenstück?

Möglicherweise kann man das Kontaktieren (Crimpen?) im Stecker deutlich 
beschleunigen, wenn es mehrere Kontakte direkt nebeneinander sind.

von Jemin K. (jkam)


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Ja, irgendein Steckkontakt wäre gut. Die Quetschwirkung der Keile ist 
schon keine schlechte Idee. An der anderen Seite der Drähte dient das 
offene Ende selbst als Elektrode in einem Sensor. Wolfram deshalb, weil 
es sehr steif ist, und als elektrochemische Elektrode im Sensor wohl die 
richtigen Eigenschaften hat. Platin mit hoher Iridiumkonzentration geht 
ebenfalls, löst sich aber beim Löten sofort im Lot auf. Mit Hitze kommen 
die Drähte deshalb schlecht klar, weil die einfach wegoxidieren. Flamme 
dran - Draht glüht kurz und ist weg. Prinzip Glühbirnenfaden in Luft. 
Man könnte bestimmt irgendwas finden, wie sich das PI wegbrennen lässt, 
und das Wolfram dableibt, aber leider löst das dann immer noch nicht das 
Problem mit der Oxidschicht.

von Florian L. (muut) Benutzerseite


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Wenn das mit dem Draht einkeilen schon Kontakt gibt, könnte man auch 
Federklemmen z.B. mit Hebel ausprobieren. Das würde die Montagezeit 
deutlich verkürzen.

von H. H. (Gast)


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Florian L. schrieb:
> Federklemmen z.B. mit Hebel

Jemin K. schrieb:
> Pitch ca. 0,75 mm.

Kennst du da welche?

von Matthias 🟠. (homa)


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Nur aus Interesse, hast du mal ein Bild von so einer fertigen Platine?

von Gerald B. (gerald_b)


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Den Platindraht könnte man vor der Auflösung beim Löten mittels Nickel 
als Diffusionsbarriere schützen. Das funktioniert auch stromlos mit 
chemisch Nickel, einer speziellen Rezeptur. Das Bad muß lediglich auf 
rund 60 Grad Arbeitstemperatur erwärmt werden und die Enden eingetaucht 
werden. Tachzeit mehrere Minuten. Mittels Gestell sind so mehrere 100 
Stück parallel zu bearbeiten.

von H. H. (Gast)


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Gerald B. schrieb:
> Den Platindraht könnte man vor der Auflösung beim Löten mittels Nickel
> als Diffusionsbarriere schützen. Das funktioniert auch stromlos mit
> chemisch Nickel, einer speziellen Rezeptur.

Und das klappt direkt auf Wolfram?

Ich kenne für Wolfram nur stark alkalische Elektrolyte, und mit Nickel 
scheint es das kommerziell nicht zu geben.

Man wird wohl experimentieren müssen.

von Gerald B. (gerald_b)


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Meines Wissens (ist ein paar Jahrzehnte her) ist chem. Nickel sauer. 
U.a. Milchsäure ist drin.

von Flip B. (frickelfreak)


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Quetschen/klemmen  der Drähte ist ja offensichtlich bewährt.

PCB-Federklemmen: Kleinster mir bekannter Pitch 2,54mm, daher mehrere 
reihen notwendig. ungünstig.

LSA-Leisten: Schneidklemmtechnik ist ggf etwas für diese anwendung. 
Jedoch muss man den draht gegen den federwiderstand der klemmen 
eindrücken, das könnte zum reißen führen.

Pressverbinder: Es gibt RJ45 Modularstecker mit Kammeinsatz. Dort fädelt 
man erst in ein Plastikteil (biegt vielleicht ein stück draht um und 
kürzt es auf wenige mm) und Presst dann. Könnte von der Handhabung ganz 
gut sein, pin pitch 1,02mm, stecker bis 10pol verfügbar.

Eigenbau-lösung. Man kann viel mit Leiterplatten anstellen. z.b. eine 
seite als kamm (sortierhilfe für drähte) ausführen, dann über ein 
vergoldetes anschlusspad, dann zum fixieren durch ein Via oder auf 
Klebeband. Zum andrücken und durchbrechen der Isolierung kann eine 
zweite leiterplatte mit federnd ausgefrästen fingern, ein 
resin-druckteil, was den draht über ein kantiges Via schiebt dienen, 
oder man macht so was wie wire-wrap um einen kleinen  vergoldeten pin 
einer zweireihigen stiftleiste im 1,27mm raster.

: Bearbeitet durch User
von Markus E. (markus_e176)


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H. H. schrieb:
> Und das klappt direkt auf Wolfram?

Ich vermute, das bezog sich auf die Alternative, Platindraht statt 
Wolfram zu verwenden. Das einzige, was den Einsatz des Platindrahts 
verhindert, ist, dass der sich beim Löten auflöst. Mit der Nickelschicht 
könnte man das vielleicht verhindern.

von H. H. (Gast)


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Markus E. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Und das klappt direkt auf Wolfram?
>
> Ich vermute, das bezog sich auf die Alternative, Platindraht statt
> Wolfram zu verwenden. Das einzige, was den Einsatz des Platindrahts
> verhindert, ist, dass der sich beim Löten auflöst. Mit der Nickelschicht
> könnte man das vielleicht verhindern.

Ja, das könnte klappen.

von Thomas (kosmos)


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ich denke du brauchst einfach nur das richtige Flussmittel, ich habe da 
etwas da, damit löte ich problemlos, die Nickelstreifen auf die 18650 
Zellen, löten deshalb weil der Kontakt/Übergangswiderstand geringer ist 
als mit den 2 oder 4 dünnen Punktschweißpunkten.

Neben dem Flussmittel könntest du auch Stickstoff oder Argon die 
Lötstelle beströmen damit da kein Sauerstoff mit dem Wolfram reagieren 
kann.

von Rolf E. (rolf-56)


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Oder sogar die Oxydschicht reduzieren mit Wasserstoff oder 
Kohlen-Monoxyd.
CO (nicht CO2) existiert in der Flamme zwischen dem grünblauen und 
blauen Flammenkegel einer nichtleuchtenden (blauen) Flamme. Und dann in 
diesem Umfeld gleich ins Lot eintauchen. Sollte dann kein Flussmittel 
brauchen.

von Bruno V. (bruno_v)


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Mir ist nicht ganz klar, wo die Wolframdrähte platziert werden müssen.

Wenn es relativ egal ist, dann kannst Du den Prozess ja auch beliebig 
auslagern. Also eine Platine, die 10 oder 30 Drähte auf einmal aufnimmt 
und dann angelötet wird.

Wenn Keile/Vias sich bewährt haben, kann man das sicher optimieren. Z.B. 
"Nagelbett" mit mehreren Keilen auf einmal.

Wie sieht die Gegenstelle aus? Auf der einen Seite kann man ja die Fäden 
durch n Platinen auf einmal ziehen und dann entsprechend 
ausziehen/ablängen.

Vielleicht auch das genau Gegenteil: Via und Keil zu einem Mini-Kontakt 
vereinen, der dann nach "Verpressung" eingelötet wird. Dann 
konfektioniert einer (und bald eine Maschine) Lötkontakt-Wolframfäden.

von Thomas (kosmos)


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das Flussmittel das ich verwende ist von Thermopasty "Topnik TS-81"

Geeignet zum Löten von Elementen aus verschiedenen Stahlsorten (darunter 
säurebeständiger Stahl) und von Elementen aus Chrom- Nickel- 
Legierungen. Keine Ahnung wie resistent das Wolframoxid ist das sich auf 
der Oberfläche bildet.

von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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Matthias 🟠. schrieb:
> Nur aus Interesse, hast du mal ein Bild von so einer fertigen Platine?

Forschungen sind geheim.

Aber wir sollen hier KOSTENLOS helfen...

von Jemin K. (jkam)


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Matthias 🟠. schrieb:
> hast du mal ein Bild von so einer fertigen Platine?

Ja, hier sieht man wie das funktioniert:
https://open-ephys.org/drive-implant/eib-accessories

von Jemin K. (jkam)


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Danke für Eure vielen Beiträge! Ich hatte am WE gar keine Zeit, auf 
alles zu antworten.

Bruno V. schrieb:
> Mir ist nicht ganz klar, wo die Wolframdrähte platziert werden müssen.

Die Drähte kommen aus einem Drahtbündel, welches vorher hergestellt 
wurde. Ich kann also nicht einfach solche abgelängten Drähte vorher 
kaufen, oder groß was mit denen machen. Absiloieren und evtl. 1 
stromloser Galvanikschritt wären max.

> Vielleicht auch das genau Gegenteil: Via und Keil zu einem Mini-Kontakt
> vereinen, der dann nach "Verpressung" eingelötet wird. Dann
> konfektioniert einer (und bald eine Maschine) Lötkontakt-Wolframfäden.

Ja, das ist tatsächlich eine wirklich clevere Idee! Im Prinzip könnte 
man irgendein Metallteil, am besten ein U-förmiges Stück vergoldetes 
Kupfer oä um den Draht pressen und das dann verlöten. Ob es natürlich 
Zeit spart, ist wieder die Frage. Man müsste dann vielleicht gleich 
kleine Röhrchen auf die Platine bringen, die man einseitig verpresst. 
Wird natürlich wieder vom Pitch schwierig.

von Daniel D. (danielduese)


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Jemin K. schrieb:
> Ja, hier sieht man wie das funktioniert...

Cool das es diese Keile gibt. Schade dass es zum Basismaterial der Keile 
keine Angabe auf der Website gibt. Sind die aus Kupfer?
Wenn du da 1000er Packungen verbrauchst sind Aufwand und Kosten 
natürlich heftig.

: Bearbeitet durch User
von Daniel D. (danielduese)


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Du könntest es alternativ mal mit Pogopins probieren, zB diesen
https://a.aliexpress.com/_EvwFtmp

(also nur der innere Teil mit Spitze)
Vorteil lang = einfach zum Stecken, und dann abknipsen und deutlich 
günstiger.
Nachteil evtl zu spitz

von Florian R. (Firma: TU Wien) (frist)


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Hi,
kann man vielleicht das Via selbst so deformierten, dass es den Draht 
kontaktieren. Vielleicht reicht es den Draht durchzustecken und mit 
einer Nadel am Rand der Bohrung das Via zusammenzudrücken um Kontakt zu 
bekommen? So haltbar wie Keil Lösung ist das aber sicher nicht, wenn es 
überhaupt funktioniert. Und es wäre vielleicht gut ein spezielles Via du 
machen, so dass eine Seite fast keinen Rest Ring hat.

Grüße
Flo

: Bearbeitet durch User
von Xxx X. (blubbb)


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Diese Buchsenleisten für Flachbandkabel haben doch Schneidklemmen im 
Inneren. Da könnte man gleich mehrere der Drähte reinklemmen und dann 
den Stecker verpressen.

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